JP2023115419A - 回転電機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサモジュールの温度上昇を抑制し、高出力化が可能な回転電機ユニットを提供すること。
【解決手段】回転電機ユニットは、固定子と、固定子に対して軸心回りに回転する回転子と、を有する回転電機と、回転子の軸心に沿った軸方向において、回転電機と並んで配置されるとともに、コンデンサモジュールと、コンデンサモジュールを囲むように配置される複数のパワーモジュールを有するインバータと、コンデンサモジュールが固定される台座部と、を有する電力変換装置と、回転電機と電力変換装置との間に配置され、複数のパワーモジュールを冷却する冷却部と、を備え、台座部は、冷却部に固定されており、コンデンサモジュールは、台座部を介して、冷却部と熱的に接続されている。
【選択図】図６

Description

本開示は、回転電機ユニットに関する。

従来、回転電機と電力変換装置とを一体化することにより、装置全体を小型化した回転電機ユニットが知られている。例えば、特許文献１では、軸方向に並んで配置される回転電機及び電力変換装置を備える回転電機ユニットが提案されている。電力変換装置は、周方向に配置される複数のパワーモジュールと、パワーモジュールの上方に配置されるコンデンサモジュールとを有する。コンデンサモジュールは、外部電源とパワーモジュールとの間の電力変動、及びパワーモジュールに使用するスイッチング素子のサージ電圧を抑制するために用いられる。

特許第４７０８９５１号公報

一般的に、電力変換装置を構成する電子部品の中で、コンデンサモジュールの耐熱温度は低い。コンデンサモジュールにおけるリップル電流は、コンデンサモジュールが発熱する要因となる。回転電機ユニットの出力電力が高くなると、コンデンサモジュールにおけるリップル電流が増加し、コンデンサモジュールから発生する熱が増加する。

特許文献１では、コンデンサモジュールの冷却構造が設けられていない。特許文献１の構造では、コンデンサモジュールにおけるリップル電流が増加すると、コンデンサモジュールの温度が大きく上昇してしまう。したがって、特許文献１の回転電機ユニットでは、回転電機ユニットの高出力化が難しい。

本開示は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、コンデンサモジュールの温度上昇を抑制し、高出力化が可能な回転電機ユニットを提供することを目的とする。

本開示に係る回転電機ユニットは、固定子と、前記固定子に対して軸心回りに回転する回転子と、を有する回転電機と、前記回転子の軸心に沿った軸方向において、前記回転電機と並んで配置されるとともに、コンデンサモジュールと、前記コンデンサモジュールを囲むように配置される複数のパワーモジュールと、前記コンデンサモジュールが固定される台座部と、を有する電力変換装置と、前記回転電機と前記電力変換装置との間に配置され、前記複数のパワーモジュールを冷却する冷却部と、を備え、前記台座部は、前記冷却部に固定されており、前記コンデンサモジュールは、前記台座部を介して、前記冷却部と熱的に接続されている。

本開示によれば、コンデンサモジュールの温度上昇を抑制し、回転電機ユニットの高出力化が可能となる。

実施の形態１に係る回転電機ユニットの回路図である。 実施の形態１に係る回転電機ユニットの斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機ユニットの平面図であって、ケース及び端子台を取り外した状態を示す図である。 実施の形態１に係る回転電機ユニットの断面図であって、ケース及び端子台を取り外した状態を示す図である。 実施の形態１に係る回転電機ユニットの平面図であって、ケース、端子台、及び制御基板を取り外した状態を示す図である。 実施の形態１に係るコンデンサモジュール及び台座部の斜視図である。 実施の形態１に係るコンデンサモジュール及び台座部の断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の出力電流の波形の例を示すグラフである。 実施の形態１の変形例に係るコンデンサモジュール及び台座部の断面図である。 実施の形態２に係るコンデンサモジュール及び台座部の斜視図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る回転電機ユニット１について、図面を参照して説明する。
図１は、回転電機ユニット１の回路図である。図２は、回転電機ユニット１の斜視図である。図２に示されるように、回転電機ユニット１は、回転電機２と、電力変換装置３と、冷却器４（冷却部）と、を備える。回転電機２と、電力変換装置３と、冷却器４とは、一体化されている。これにより、回転電機ユニット１の小型化を図ることができる。
なお、本明細書では、回転電機２の回転子２２の軸心に沿う方向を「軸方向」という。また、軸方向から見て、回転子２２の軸心と交差する方向を「径方向」といい、回転子２２の軸心回りに周回する方向を「周方向」という。

最初に、図１を参照して、回転電機ユニット１の回路構成（電気的構成）を説明する。なお、本実施の形態では、回転電機ユニット１として、６相駆動方式の回転電機ユニットを例に説明する。
回転電機ユニット１は、例えば、車両に搭載される。電力変換装置３には、車両に搭載されるバッテリー等の直流電源Ｅから直流電力が入力される。電力変換装置３は、直流電源Ｅから出力される直流電力を交流電力に変換して回転電機２に供給する。回転電機２は、電力変換装置３から供給される交流電力により回転し、車両の駆動輪を駆動する。

回転電機２は、６相（Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相）のそれぞれに対応する６つのコイル２５Ｕ１、２５Ｖ１、２５Ｗ１、２５Ｕ２、２５Ｖ２、２５Ｗ２と、レゾルバ２７と、を備える。なお、本明細書では、コイル２５Ｕ１、２５Ｖ１、２５Ｗ１、２５Ｕ２、２５Ｖ２、２５Ｗ２を、単にコイル２５とも称する。

電力変換装置３は、コンデンサモジュール３４と、６相（Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相）のそれぞれに対応する６つのパワーモジュール３５Ｕ１、３５Ｖ１、３５Ｗ１、３５Ｕ２、３５Ｖ２、３５Ｗ２を有するインバータ１１と、電流検出部３８と、制御回路Ｃと、を備える。なお、本明細書では、パワーモジュール３５Ｕ１、３５Ｖ１、３５Ｗ１、３５Ｕ２、３５Ｖ２、３５Ｗ２を、単にパワーモジュール３５とも称する。

６つのコイル２５Ｕ１、２５Ｖ１、２５Ｗ１、２５Ｕ２、２５Ｖ２、２５Ｗ２は、６つのパワーモジュール３５Ｕ１、３５Ｖ１、３５Ｗ１、３５Ｕ２、３５Ｖ２、３５Ｗ２とそれぞれ接続される。

レゾルバ２７は、回転電機２のシャフト２３の回転角及び回転数を検出する。レゾルバ２７は、制御回路Ｃに接続されている。レゾルバ２７の検出結果は、制御回路Ｃに出力される。

インバータ１１は直流電源Ｅの正極端子と負極端子との間に接続される。インバータ１１を構成する各パワーモジュール３５は、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１及びダイオードＤ１と、下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２及びダイオードＤ２と、を備える。すなわち、インバータ１１は、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１及び下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２の組を６組備える、６相インバータである。スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、またはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は直列接続される。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２との接続点は、対応する相のコイル２５に接続される。ダイオードＤ１は、スイッチング素子ＳＷ１に逆方向に並列接続される。ダイオードＤ２は、スイッチング素子ＳＷ２に逆方向に並列接続される。
上アーム側のスイッチングＳＷ１と下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、インバータ１１からコイル２５に交流電力が出力される。

コンデンサモジュール３４は直流電源Ｅの正極端子と負極端子との間に接続される。直流電源Ｅとコンデンサモジュール３４とは、端子台３２を介して接続される。コンデンサモジュール３４は、並列接続された複数のコンデンサ素子５１を有する。例えば、コンデンサ素子５１は、ポリプロピレン等の誘電体に導電性の金属電極が蒸着されることにより形成される。なお、コンデンサモジュール３４は１つのコンデンサ素子５１のみを有してもよい。コンデンサモジュール３４は、直流電源Ｅの電力変動、またはパワーモジュール３５側の電力変動に対して、電圧が大きく変動しないよう安定化させる。また、コンデンサモジュール３４は、上アーム側のスイッチングＳＷ１と下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ時に発生するサージ電圧を抑制する。

電流検出部３８は、パワーモジュール３５のそれぞれに設けられる。電流検出部３８は、各パワーモジュール３５を流れる電流を検出する。電流検出部３８の検出結果は、制御回路Ｃに出力される。

制御回路Ｃには、車両等の外部からの駆動信号が入力される。制御回路Ｃには、電流検出部３８の検出結果、及びレゾルバ２７の検出結果が入力される。制御回路Ｃは、インバータ１１の各Ｕ１相～Ｗ２相のパワーモジュール３５を制御する。

図８は、電力変換装置３の出力電流の波形の例を示すグラフである。なお、図８におけるグラフの縦軸は、電力変換装置３の出力電流の大きさを表しており、横軸は時間を表している。

図８（ａ）は、６相駆動方式の場合の電力変換装置３の出力電流の波形である。６相駆動方式の場合には、Ｕ１相とＶ１相とＷ１相との位相差を１２０°とし、Ｕ２相とＶ２相とＷ２相との位相差を１２０°とする。さらに、Ｕ１相とＶ１相とＷ１相の組と、Ｕ２相とＶ２相とＷ２相の組との位相を６０°ずらした状態（すなわち、Ｕ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、及びＷ２相の位相が６０°ずつずれた状態）で、電力変換装置３が駆動される。
なお、回転電機ユニット１は、３相駆動方式の回転電機ユニットであってもよい。図８（ｂ）は、３相駆動方式の場合の電力変換装置３の出力電流の波形である。３相駆動方式の場合には、Ｕ１相とＵ２相とを同一位相とし、Ｖ１相とＶ２相とを同一位相とし、Ｗ１相とＷ２相とを同一位相とする。さらに、Ｕ相（Ｕ１相及びＵ２相）の組と、Ｖ相（Ｖ１相及びＶ２相）の組と、Ｗ相（Ｗ１相及びＷ２相）の組との位相差を１２０°とした状態で、電力変換装置３が駆動される。

次に、回転電機ユニット１の構造を説明する。
電力変換装置３は、ケース３１と、端子台３２と、制御基板３６と、を有する。図３は、回転電機ユニット１の平面図であって、ケース３１及び端子台３２を取り外した状態を示す図である。図４は、回転電機ユニット１の断面図であって、ケース３１及び端子台３２を取り外した状態を示す図である。図５は、回転電機ユニット１の平面図であって、ケース３１、端子台３２、及び制御基板３６を取り外した状態を示す図である。

＜電力変換装置＞
図２～５に示されるように、電力変換装置３は、ケース３１と、端子台３２と、信号コネクタ３３と、コンデンサモジュール３４と、制御基板３６と、複数のパワーモジュール３５（本実施の形態では、６つのパワーモジュール３５Ｕ１、３５Ｖ１、３５Ｗ１、３５Ｕ２、３５Ｖ２、３５Ｗ２）を有するインバータ１１と、複数（本実施の形態では、６つ）のバスバー３７と、複数（本実施の形態では、６つ）の電流検出部３８と、台座部６０と、を備える。

ケース３１は、コンデンサモジュール３４、パワーモジュール３５、制御基板３６等の電子部品を上方から覆う。これにより、これら電子部品と、回転電機ユニット１の周辺に搭載される部品との絶縁性を確保し、回転電機ユニット１の外部から異物が侵入することを防ぐ。

端子台３２は、ケース３１の上面に設けられる。端子台３２は、正極側接続端子３２ａと、負極側接続端子３２ｂと、カバー３２ｃと、を有する。

正極側接続端子３２ａは、直流電源Ｅの正極端子、及び後述するコンデンサモジュール３４の正極導体５３に接続される。負極側接続端子３２ｂは、直流電源Ｅの負極端子、及び後述するコンデンサモジュール３４の負極導体５４に接続される。カバー３２ｃは、正極側接続端子３２ａ及び負極側接続端子３２ｂを上方から覆い、電力変換装置３の内部に異物が侵入することを防止する。

信号コネクタ３３は、ケース３１の側面に設けられる。また、図３に示されるように、信号コネクタ３３は、信号コネクタ用ハーネス３３ａを介して制御基板３６に接続される。信号コネクタ３３は、車両等に搭載される外部の制御装置と電力変換装置３との間で各種信号の受け渡しに用いられる。

図６は、コンデンサモジュール３４及び台座部６０の斜視図である。図７は、コンデンサモジュール３４及び台座部６０の断面図である。

コンデンサモジュール３４は、電力変換装置３の中央部に配置される。コンデンサモジュール３４は、台座部６０に固定される。
コンデンサモジュール３４は、複数のコンデンサ素子５１（図１を参照）と、コンデンサケース５２と、正極導体５３と、負極導体５４と、を有する。なお、図７においては、説明を容易にするため、正極導体５３及び負極導体５４が省略されている。

正極導体５３は、端子台３２の正極側接続端子３２ａ、及び後述するパワーモジュール３５の正極端子３５ｂに接続される。図５及び図６に示されるように、正極導体５３は、端子台３２の正極側接続端子３２ａに接続される第１端部５３ａと、パワーモジュール３５の正極端子３５ｂに接続される第２端部５３ｂ（正極側端部）と、を有する。

第１端部５３ａは、コンデンサケース５２の下端から引き出され、端子台３２の正極側接続端子３２ａに向けて軸方向の上方に延びる。第１端部５３ａは、正極側接続端子３２ａに接触する。第１端部５３ａは、正極側接続端子３２ａに、ボルト締めにより固定される。

第２端部５３ｂは、各相のパワーモジュール３５に対応して設けられる。すなわち、６つの第２端部５３ｂが設けられる。第２端部５３ｂは、コンデンサケース５２の下端から引き出され、台座部６０に沿って軸方向の下方に延び、その後、径方向外側に屈曲されて正極端子３５ｂに向けて延びる。６つの第２端部５３ｂは、周方向に等間隔（６０°間隔）に配置される。６つの第２端部５３ｂは、同一形状である。

負極導体５４は、端子台３２の負極側接続端子３２ｂ、及び後述するパワーモジュール３５の負極端子３５ｃに接続される。負極導体５４は、端子台３２の負極側接続端子３２ｂに接続される第１端部５４ａと、パワーモジュール３５の負極端子３５ｃに接続される第２端部５４ｂ（負極側端部）と、を有する。

第１端部５４ａは、コンデンサケース５２の下端から引き出され、端子台３２の負極側接続端子３２ｂに向けて軸方向の上方に延びる。第１端部５４ａは、負極側接続端子３２ｂに接触する。第１端部５４ａは、負極側接続端子３２ｂに、ボルト締めにより固定される。

第２端部５４ｂは、各相のパワーモジュール３５に対応して設けられる。すなわち、６つの第２端部５４ｂが設けられる。第２端部５４ｂは、コンデンサケース５２の下端から引き出され、台座部６０に沿って軸方向の下方に延び、その後、径方向外側に屈曲されて負極端子３５ｃに向けて延びる。６つの第２端部５４ｂは、周方向に等間隔（６０°間隔）に配置される。６つの第２端部５４ｂは、同一形状である。

コンデンサケース５２は、樹脂により形成される。コンデンサケース５２は、頂部を有する円筒形状である。コンデンサケース５２の内部には、複数のコンデンサ素子５１が収容される。また、コンデンサケース５２の内部には、正極導体５３のうち、第１端部５３ａと第２端部５３ｂとの間の部分、及び負極導体５４のうち、第１端部５４ａと第２端部５４ｂとの間の部分が収容される。コンデンサ素子５１、正極導体５３、及び負極導体５４をコンデンサケース５２の内部に配置した状態で、コンデンサケース５２の内部に樹脂を流し込んで硬化させる。これにより、コンデンサ素子５１、正極導体５３、及び負極導体５４は、コンデンサケース５２の内部に固定される。

コンデンサケース５２の下部には、コンデンサモジュール３４を台座部６０に取り付けるための複数の取付部５５が形成される。取付部５５は、コンデンサケース５２の外周面から径方向外側に突出する突起である。取付部５５にはボルト穴が形成されており、このボルト穴にボルト５６を締結することにより、コンデンサモジュール３４が、台座部６０に向けて押圧された状態で、台座部６０に固定される。

台座部６０は、電力変換装置３の中央部に配置される。台座部６０は、コンデンサモジュール３４の下方に配置される。台座部６０は、後述する冷却器４の第１プレート４１に固定される。台座部６０は、非磁性の導電性材料で形成されることが好ましい。例えば、台座部６０の材質は、アルミニウム、銅、ＳＵＳ３０４等の非磁性ステンレスである。
台座部６０は、本体部６１と、フランジ部６２とを有する。

本体部６１は、頂部６１ａを有する円筒形状を有する。コンデンサモジュール３４は、頂部６１ａに固定される。図７に示されるように、コンデンサモジュール３４と台座部６０（頂部６１ａ）との間には、放熱部材６５が設けられている。コンデンサモジュール３４と台座部６０とは、放熱部材６５を介して、熱的に接続されている。放熱部材６５は、熱伝導率が高く弾力性を有するシート状の部材で形成される。例えば、放熱部材６５として、ＴＩＭ（Thermal Interface Material）部材が用いられる。

コンデンサケース５２の内部に樹脂を流し込んで硬化させる場合には、流し込まれた樹脂の硬化面がコンデンサモジュール３４の底面となる。樹脂の硬化面は凹凸が大きいため、コンデンサモジュール３４と台座部６０とを直接接触させると、コンデンサモジュール３４と台座部６０との間に隙間が生じてしまう可能性がある。コンデンサモジュール３４と台座部６０との間に放熱部材６５を設けて、コンデンサモジュール３４と台座部６０との間の隙間を放熱部材６５により埋めることにより、コンデンサモジュール３４にて発生する熱を、放熱部材６５を介して、台座部６０へ効果的に放出することができる。
なお、例えば、コンデンサモジュール３４の下部を、凹凸が少ない樹脂ケースで覆うことにより、コンデンサモジュール３４と台座部６０との間に隙間が生じることを防止してもよい。この場合には、放熱部材６５を介さずに、コンデンサモジュール３４と台座部６０とが直接接触していてもよい。

フランジ部６２は、本体部６１の下端から径方向外側に延びる。図７に示されるように、フランジ部６２の下面は、第１プレート４１の上面に接触する。台座部６０（フランジ部６２）と第１プレート４１とは、熱的に接続されている。すなわち、コンデンサモジュール３４は、台座部６０を介して、第１プレート４１と熱的に接続される。フランジ部６２にはボルト穴が形成されており、これらのボルト穴にボルト６３を締結することにより、台座部６０は、第１プレート４１に向けて押圧された状態で、第１プレート４１に固定されている。
なお、図９に示される第１実施形態の変形例のように、フランジ部６２と第１プレート４１との間に、第２放熱部材６７が設けられていてもよい。この場合、台座部６０（フランジ部６２）と第１プレート４１とは、第２放熱部材６７を介して、熱的に接続される。

図５に示されるように、６つのパワーモジュール３５は、コンデンサモジュール３４を囲むように配置される。６つのパワーモジュール３５は、周方向に等間隔（６０°間隔）に配置される。パワーモジュール３５Ｕ１、３５Ｖ１、３５Ｗ１、３５Ｕ２、３５Ｖ２、３５Ｗ２は、周方向にこの順に配置される。したがって、同じ相のパワーモジュール３５（例えば、Ｕ１相とＵ２相のパワーモジュール３５Ｕ１、３５Ｕ２）は、コンデンサモジュール３４を挟んで径方向に対向するよう配置される。各パワーモジュール３５は、第１プレート４１に固定される。

各パワーモジュール３５は、本体部３５ａと、正極端子３５ｂと、負極端子３５ｃと、出力端子３５ｄと、上アーム側の信号端子３５ｅと、下アーム側の信号端子３５ｆとを有する。正極端子３５ｂ、負極端子３５ｃ、出力端子３５ｄ、上アーム側の信号端子３５ｅ、及び下アーム側の信号端子３５ｆは、板状部材である。

本体部３５ａは、軸方向から見たときに、略矩形状を有する。本体部３５ａは、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１及びダイオードＤ１と、下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２及びダイオードＤ２と、を備える。

正極端子３５ｂは、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１と接続される。正極端子３５ｂは、コンデンサモジュール３４と対向するように配置されている。より詳細には、正極端子３５ｂは、正極導体５３の第２端部５３ｂと対向するように配置される。正極端子３５ｂは、第２端部５３ｂに直接接続される。なお、直接接続されるとは、正極端子３５ｂと第２端部５３ｂとが、ワイヤ等を使用せずに、互いに接触して接続されることをいう。軸方向から見て、第２端部５３ｂと正極端子３５ｂとの接続部は、コンデンサモジュール３４のコンデンサケース５２とパワーモジュール３５の本体部３５ａとの間に位置している。

負極端子３５ｃは、下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２と接続される。負極端子３５ｃは、コンデンサモジュール３４と対向するように配置されている。より詳細には、負極端子３５ｃは、負極導体５４の第２端部５４ｂと対向するように配置される。負極端子３５ｃは、第２端部５４ｂに直接接続される。なお、直接接続されるとは、負極端子３５ｃと第２端部５４ｂとが、ワイヤ等を使用せずに、互いに接触して接続されることをいう。軸方向から見て、第２端部５４ｂと負極端子３５ｃとの接続部は、コンデンサモジュール３４のコンデンサケース５２とパワーモジュール３５の本体部３５ａとの間に位置している。

本実施の形態では、コンデンサモジュール３４の正極導体５３から、パワーモジュール３５の正極端子３５ｂ及び負極端子３５ｃを経由した、コンデンサモジュール３４の負極導体５４までの経路の長さが、全てのパワーモジュール３５で略同一となるように、コンデンサモジュール３４及びパワーモジュール３５が設けられている。すなわち、コンデンサモジュール３４とパワーモジュール３５との接続経路の長さが、全てのパワーモジュール３５で略同一となっている。ここで、上記経路の長さが略同一であるとは、正極導体５３から、正極端子３５ｂ及び負極端子３５ｃを経由した、負極導体５４までの経路の全長に対して、各パワーモジュール３５間での上記経路長さの差異が、±５％の範囲内であることを意味する。

コンデンサモジュールの正極導体から、パワーモジュールの正極端子及び負極端子を経由した、コンデンサモジュールの負極導体までの経路の長さが、各パワーモジュール間で不均一である場合、上記経路のインピーダンスが各パワーモジュール間で不均一となる。この結果、コンデンサモジュールの複数のコンデンサ素子のうち、一部のコンデンサ素子に電流が集中して流れ、コンデンサモジュールの発熱量が局所的に大きくなる可能性がある。この場合には、コンデンサモジュールの局所的な発熱に対応してコンデンサモジュールに入力する電流を調整する必要があるため、コンデンサモジュールに大容量の電流を入力することが難しくなり、回転電機ユニットの高出力化が難しくなる。
本実施の形態では、正極導体５３から、正極端子３５ｂ及び負極端子３５ｃを経由した、負極導体５４までの経路の長さが、全てのパワーモジュール３５で略同一となっている。したがって、正極導体５３から、正極端子３５ｂ及び負極端子３５ｃを経由した、負極導体５４までの経路のインピーダンスが、各パワーモジュール３５の間で不均一となることを防止できる。複数のコンデンサ素子５１のうち、一部のコンデンサ素子５１に電流が集中して流れることが防止でき、コンデンサモジュール３４の発熱量が局所的に大きくなることを防止できる。この結果、コンデンサモジュール３４に大容量の電流を入力することが可能となり、回転電機ユニット１の高出力化が可能となる。

出力端子３５ｄは、バスバー３７を介して、コイル２５のコイル端末２５ａに接続される。上アーム側の信号端子３５ｅは、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１及びダイオードＤ１と接続される。下アーム側の信号端子３５ｆは、下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２及びダイオードＤ２と接続される。上アーム側の信号端子３５ｅ及び下アーム側の信号端子３５ｆは、制御基板３６と接続される。図３に示されるように、上アーム側の信号端子３５ｅ及び下アーム側の信号端子３５ｆは、制御基板３６に直接取り付けられる。

各バスバー３７は、対応する相のパワーモジュール３５とコイル２５とを接続する。図５に示されるように、バスバー３７は、略Ｌ字状の板状部材である。バスバー３７は、出力端子３５ｄと接続される第１端子３７ａと、コイル２５のコイル端末２５ａと接続される第２端子３７ｂとを有する。

電流検出部３８は、各バスバー３７に対応して設けられる。電流検出部３８は、バスバー３７を流れる電流を検出する。電流検出部３８は、コア３８ａと、電流センサ３８ｂと、を備える。

コア３８ａは、磁性体によって形成されている。コア３８ａは、磁気ギャップを有する略Ｃ字状に形成される。コア３８ａには、バスバー３７が挿通される。電流センサ３８ｂは、コア３８ａの磁気ギャップに挿入される。電流センサ３８ｂは、例えば、ホール素子により構成される。
バスバー３７に交流電流が流れると、バスバー３７の周囲には交流電流に対応する磁界が発生する。電流センサ３８ｂは、コア３８ａの磁気ギャップに生じる磁界を検出し、電気信号に変換して制御基板３６に出力する。

制御基板３６は、中央部が開口した円板形状を有する。制御基板３６には、制御回路Ｃが実装される。制御基板３６は、第１プレート４１に対して固定される。
制御基板３６には、上アーム側の信号端子３５ｅ、下アーム側の信号端子３５ｆ、及び電流センサ３８ｂの信号端子が直接接続される。制御基板３６には、信号コネクタ用ハーネス３３ａを介して、信号コネクタ３３が接続される。制御基板３６には、レゾルバ用ハーネス２７ｃを介して、レゾルバ２７が接続される。制御基板３６は、車両等に搭載される外部の制御装置から入力される制御指令に基づいてパワーモジュール３５を制御する。

＜回転電機＞
図４を参照して、回転電機２について説明する。
回転電機２は、固定子２１と、回転子２２と、シャフト２３と、ハウジング２４と、複数のコイル２５（本実施の形態では、６つのコイル２５Ｕ１、２５Ｖ１、２５Ｗ１、２５Ｕ２、２５Ｖ２、２５Ｗ２）と、第１、第２の軸受２６ａ、２６ｂと、レゾルバ２７と、を備える。

固定子２１は、環状である。固定子２１は、回転子２２の外周を囲むように設けられる。固定子２１は、ハウジング２４に固定されている。

回転子２２は、固定子２１の内側に設けられる。回転子２２は、固定子２１に対して軸心回りに回転自在である。

回転子２２の中心には、シャフト２３が配置される。シャフト２３の軸方向の一方側（図４における紙面下側）は、回転子２２の回転を、車両等に伝達する出力側である。

コイル２５は、固定子２１に巻装される。各相のコイル２５のコイル端末２５ａは、バスバー３７を介して、対応する相のパワーモジュール３５に接続される。

レゾルバ２７は、シャフト２３の回転角を検出する。レゾルバ２７は、台座部６０の内部に収容される。レゾルバ２７は、第１プレート４１に固定されるレゾルバ固定子と、シャフト２３の上端部（非出力側の端部）に取り付けられるレゾルバ回転子と、を備える。レゾルバ２７は、レゾルバ用ハーネス２７ｃを介して、制御基板３６に接続される。

ハウジング２４は、固定子２１、回転子２２、及びシャフト２３を収容する。ハウジング２４は、有底の円筒形状を有する。ハウジング２４の上端は、後述する冷却器４のベース４３により覆われる。

シャフト２３の上端部（非出力側の端部）には、第１の軸受２６ａが設けられる。第１の軸受２６ａはベース４３に固定されている。シャフト２３の下端部（出力側の端部）には、第２の軸受２６ｂが設けられる。第２の軸受２６ｂは、ハウジング２４の底部に固定されている。第１の軸受２６ａ及び第２の軸受２６ｂは、シャフト２３を回転自在に支持する。

＜冷却器＞
図４及び図５を参照して、冷却器４について説明する。冷却器４は、回転電機２と電力変換装置３との間に設けられる。冷却器４は、第１プレート４１と、ベース４３と、を有する。

第１プレート４１は、円形の板状部材である。第１プレート４１の上面には、パワーモジュール３５、及び台座部６０が固定されている。第１プレート４１の上面には、レゾルバ２７のレゾルバ固定子が固定されている。また、第１プレート４１には、コイル端末２５ａが挿通される不図示のコイル貫通穴が形成されている。

ベース４３は、略円筒形状である。ベース４３の上面には、第１プレート４１が固定される。ベース４３の下面には、ハウジング２４の上端部が固定される。また、ベース４３には、コイル端末２５ａが挿通される不図示のコイル貫通穴が形成されている。

図４に示されるように、第１プレート４１の中央部には、開口部４１ａが形成される。ベース４３の中央部には、開口部４３ａが形成される。開口部４１ａ、４３ａには、シャフト２３が挿通される。回転電機２の第１の軸受２６ａは、開口部４３ａに設けられる。
第１プレート４１及びベース４３に形成される開口部４１ａ、４３ａにシャフト２３を挿通することにより、回転電機ユニット１の軸方向の長さを短縮することができる。

ここで、図４及び図７に示されるように、台座部６０は、第１プレート４１に形成される開口部４１ａを全域に亘って、径方向の外側から覆うように形成される。台座部６０によって、回転電機ユニット１のうち、回転電機２が設けられる領域と、電力変換装置３が設けられる領域とが仕切られる。台座部６０は、非磁性材料で形成されており、回転電機２から電力変換装置３に向かう磁界を遮蔽する。これにより、回転電機２から発生する電磁ノイズが、電力変換装置３へ伝搬することを防止する。さらに、台座部６０により、回転電機２から発生する熱が、電力変換装置３へ伝搬することを防止する。

図４に示されるように、冷却器４には、電力変換装置３の冷却用の第１冷却流路７１が形成される。第１冷却流路７１には冷媒が流通する。冷媒としては、例えば、水（冷却水）が用いられる。第１冷却流路７１は、ベース４３の上面に形成される溝部と、第１プレート４１の下面と、により形成される。ベース４３の側面には、第１冷却流路７１と接続される第１継手４５が取り付けられている。

第１冷却流路７１は、軸方向から見たときに、パワーモジュール３５、バスバー３７、及び電流検出部３８に重なる位置に形成される。冷媒は、外部から第１継手４５を介して第１冷却流路７１に供給され、第１冷却流路７１を流れる。パワーモジュール３５、バスバー３７、及び電流検出部３８にて発生する熱は、第１プレート４１を介して、第１冷却流路７１を流れる冷媒と熱交換される。これにより、パワーモジュール３５、バスバー３７、及び電流検出部３８が冷却される。

また、コンデンサモジュール３４は、台座部６０を介して、第１プレート４１と熱的に接続されている。したがって、コンデンサモジュール３４にて発生する熱は、台座部６０及び第１プレート４１を介して、第１冷却流路７１を流れる冷媒と熱交換される。これにより、コンデンサモジュール３４が冷却される。

ハウジング２４には、回転電機２の冷却用の第２冷却流路７２が形成される。第２冷却流路７２は、中継流路７３を介して、第１冷却流路７１と接続されている。第１冷却流路７１からの冷媒は、中継流路７３を介して第２冷却流路７２に流入し、第２冷却流路７２を流れる。回転電機２にて発生する熱は、第２冷却流路７２を流れる冷媒と熱交換される。これにより、回転電機２が冷却される。ハウジング２４の側面には、第２冷却流路７２と接続される第２継手２８が取り付けられている。第２冷却流路７２からの冷媒は、第２継手２８を介して外部に排出される。

本実施の形態では、回転電機ユニット１は、固定子２１と、回転子２２と、を有する回転電機２と、軸方向において、回転電機２と並んで配置されるとともに、コンデンサモジュール３４と、コンデンサモジュール３４を囲むように配置される複数のパワーモジュール３５を有するインバータ１１と、コンデンサモジュール３４が固定される台座部６０と、を有する電力変換装置３と、回転電機２と電力変換装置３との間に配置され、複数のパワーモジュール３５を冷却する冷却器４と、を備える。台座部６０は、冷却器４に固定されている。コンデンサモジュール３４は、台座部６０を介して、冷却器４と熱的に接続されている。

台座部６０により、コンデンサモジュール３４を冷却器４に対して固定することができる。また、コンデンサモジュール３４は、台座部６０を介して、冷却器４と熱的に接続されているため、冷却器４により、コンデンサモジュール３４を冷却することができる。したがって、コンデンサモジュール３４の温度上昇を抑制することができ、回転電機ユニット１の高出力化が可能となる。

また、冷却器４には、回転電機２の一部が挿通される開口部４１ａが形成されている。台座部６０は、開口部４１ａを全域に亘って覆うように設けられる。
この場合、開口部４１ａに回転電機２の一部が挿通されるため、回転電機ユニット１の軸方向の長さを小さくすることができる。また、台座部６０によって開口部４１ａが全域に亘って覆われているため、冷却器４に開口部４１ａが設けられていたとしても、台座部６０によって回転電機２から電力変換装置３に向かう磁界を遮蔽することができる。これにより、回転電機２から発生する電磁ノイズが、電力変換装置３へ伝搬することを抑制し、回転電機２から発生する電磁ノイズによる電力変換装置３の誤作動を防止することができる。したがって、回転電機ユニット１の高出力化が可能となる。さらに、台座部６０によって、回転電機２から発生する熱が、電力変換装置３へ伝搬することを防止できる。したがって、コンデンサモジュール３４の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

また、コンデンサモジュール３４は、台座部６０に向けて押圧された状態で、台座部６０に固定されており、台座部６０は、冷却器４に向けて押圧された状態で、冷却器４に固定されている。
この場合、コンデンサモジュール３４と台座部６０との熱的な結合度、及び台座部６０と冷却器４との熱的な結合度が向上する。したがって、コンデンサモジュール３４の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

また、コンデンサモジュール３４と台座部６０との間には、放熱部材６５が設けられている。
この場合、放熱部材６５によって、コンデンサモジュール３４にて発生した熱を台座部６０に効果的に放出することができる。例えば、コンデンサモジュール３４のうち、台座部６０と対向する面に凹凸がある場合であっても、この凹凸を放熱部材６５によって埋めることにより、コンデンサモジュール３４と台座部６０との熱的な結合度を向上させることができる。したがって、コンデンサモジュール３４の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

また、複数のパワーモジュール３５はそれぞれ、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１及び下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２を有する本体部３５ａと、上アーム側のスイッチング素子ＳＷ１と接続される正極端子３５ｂと、下アーム側のスイッチング素子ＳＷ２と接続される負極端子３５ｃと、を備える。コンデンサモジュール３４は、複数のパワーモジュール３５の正極端子３５ｂとそれぞれ接続される複数の第２端部５３ｂを有する正極導体５３と、複数のパワーモジュール３５の負極端子３５ｃとそれぞれ接続される複数の第２端部５４ｂを有する負極導体５４と、を備える。複数のパワーモジュール３５の正極端子３５ｂは、コンデンサモジュール３４と対向するように配置されているとともに、複数の第２端部５３ｂとそれぞれ直接接続されている。複数のパワーモジュール３５の負極端子３５ｃは、コンデンサモジュール３４と対向するように配置されているとともに、複数の第２端部５４ｂとそれぞれ直接接続されている。
この場合、正極導体５３から、正極端子３５ｂ及び負極端子３５ｃを経由した、負極導体５４までの経路の長さを、複数のパワーモジュール３５の全てにおいて略同一とすることができる。したがって、正極導体５３から、正極端子３５ｂ及び負極端子３５ｃを経由した、負極導体５４までの経路のインピーダンスが、各パワーモジュール３５の間で不均一となることを防止できる。したがって、コンデンサモジュール３４の複数のコンデンサ素子５１のうち、一部のコンデンサ素子５１に電流が集中して流れることが防止でき、コンデンサモジュール３４の発熱量が局所的に大きくなることを防止できる。この結果、コンデンサモジュール３４に大容量の電流を入力することが可能となり、回転電機ユニット１の高出力化が可能となる。

また、インバータ１１は、６相以上の多相インバータである。すなわち、電力変換装置３は、６相以上の多相駆動方式の電力変換装置である。
この場合、コンデンサモジュール３４の発熱量を低減することができ、回転電機ユニット１の高出力化が可能となる。
例えば、６相駆動方式の電力変換装置３においては、３相駆動方式の電力変換装置と比較して、同一の出力電力を確保した状態でコンデンサモジュール３４に流れる電流の実効値を約３０％低減することができる。コンデンサモジュール３４の発熱量は、コンデンサモジュール３４に流れる電流を２乗した値と、コンデンサモジュール３４のコンデンサ素子５１の等価直列抵抗と、の積により算出される。したがって、６相駆動方式の電力変換装置３においては、３相駆動方式の電力変換装置と比較して、コンデンサモジュール３４の発熱量を約５０％低減することができる。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係るコンデンサモジュール３４及び台座部１６０の斜視図である。なお、実施の形態１と同様の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０に示されるように、本実施の形態においては、台座部１６０が、円板状の頂部１６１と、複数の脚部１６２と、を備える。

コンデンサモジュール３４は、頂部１６１に固定される。コンデンサケース５２の取付部５５に形成されるボルト穴にボルト５６を締結することにより、コンデンサモジュール３４が、台座部１６０に向けて押圧された状態で、台座部１６０に固定される。実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、コンデンサモジュール３４と台座部１６０（頂部１６１）との間には、放熱部材６５（図１０においては不図示）が設けられている。なお、放熱部材６５を介さずに、コンデンサモジュール３４と台座部１６０とが直接接触していてもよい。コンデンサモジュール３４と台座部１６０（頂部１６１）とは、熱的に接続されている。

脚部１６２は、頂部１６１の外周部に設けられる。脚部１６２は、頂部１６１の下面から軸方向の下方に延びる。脚部１６２の先端部は、径方向外側に屈曲されており、第１プレート４１の上面に接触する。なお、第１実施形態の変形例と同様に、脚部１６２と第１プレート４１との間に、第２放熱部材６７が設けられていてもよい。台座部１６０（脚部１６２）と第１プレート４１とは、熱的に接続されている。脚部１６２の先端部にはボルト穴が形成されており、このボルト穴にボルト１６３を締結することにより、台座部１６０は、第１プレート４１に向けて押圧された状態で、第１プレート４１に固定される。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏することが可能である。すなわち、台座部１６０により、コンデンサモジュール３４を冷却器４に対して固定することができる。また、コンデンサモジュール３４は、台座部１６０を介して、冷却器４と熱的に接続されているため、冷却器４により、コンデンサモジュール３４を冷却することができる。したがって、コンデンサモジュール３４の温度上昇を抑制することができ、回転電機ユニット１の高出力化が可能となる。
また、台座部１６０の材料を低減することができるため、回転電機ユニット１の製造コストを削減することができる。また、回転電機ユニット１の軽量化を図ることができる。

なお、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

例えば、上記の実施の形態の回転電機ユニット１において、レゾルバ２７は省略されていてもよい。電流検出部３８は省略されていてもよい。

また、回転電機ユニット１として、６相駆動方式の回転電機ユニットを例に説明したが、本開示はこれに限られない。回転電機ユニット１として、３相駆動方式の回転電機ユニットを用いてもよい。また、冗長性を持たせるために、回転電機ユニット１として、２重３相駆動方式の回転電機ユニットを用いてもよい。

１ 回転電機ユニット
２ 回転電機
３ 電力変換装置
４ 冷却器（冷却部）
２１ 固定子
２２ 回転子
３４ コンデンサモジュール
３５ パワーモジュール
３５ａ 本体部
３５ｂ 正極端子
３５ｃ 負極端子
４１ａ 開口部
５３ 正極導体
５３ｂ 第２端部（正極側端部）
５４ 負極導体
５４ｂ 第２端部（負極側端部）
６０、１６０ 台座部
６５ 放熱部材
ＳＷ１ 上アーム側のスイッチング素子
ＳＷ２ 下アーム側のスイッチング素子

Claims (6)

1. 固定子と、前記固定子に対して軸心回りに回転する回転子と、を有する回転電機と、
   前記回転子の軸心に沿った軸方向において、前記回転電機と並んで配置されるとともに、コンデンサモジュールと、前記コンデンサモジュールを囲むように配置される複数のパワーモジュールを有するインバータと、前記コンデンサモジュールが固定される台座部と、を有する電力変換装置と、
   前記回転電機と前記電力変換装置との間に配置され、前記複数のパワーモジュールを冷却する冷却部と、
   を備え、
   前記台座部は、前記冷却部に固定されており、
   前記コンデンサモジュールは、前記台座部を介して、前記冷却部と熱的に接続されている、回転電機ユニット。
2. 前記冷却部には、前記回転電機の一部が挿通される開口部が形成されており、
   前記台座部は、前記開口部を全域に亘って覆うように設けられる、請求項１に記載の回転電機ユニット。
3. 前記コンデンサモジュールは、前記台座部に向けて押圧された状態で、前記台座部に固定されており、前記台座部は、前記冷却部に向けて押圧された状態で、前記冷却部に固定されている、請求項１または２に記載の回転電機ユニット。
4. 前記コンデンサモジュールと前記台座部との間には、放熱部材が設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の回転電機ユニット。
5. 前記複数のパワーモジュールはそれぞれ、上アーム側のスイッチング素子及び下アーム側のスイッチング素子を有する本体部と、前記上アーム側のスイッチング素子と接続される正極端子と、前記下アーム側のスイッチング素子と接続される負極端子と、を備え、
   前記コンデンサモジュールは、前記複数のパワーモジュールの前記正極端子とそれぞれ接続される複数の正極側端部を有する正極導体と、前記複数のパワーモジュールの前記負極端子とそれぞれ接続される複数の負極側端部を有する負極導体と、を備え、
   前記複数のパワーモジュールの前記正極端子は、前記コンデンサモジュールと対向するように配置されているとともに、前記複数の正極側端部とそれぞれ直接接続されており、
   前記複数のパワーモジュールの前記負極端子は、前記コンデンサモジュールと対向するように配置されているとともに、前記複数の負極側端部とそれぞれ直接接続されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の回転電機ユニット。
6. 前記インバータは、６相以上の多相インバータである、請求項１～５のいずれか一項に記載の回転電機ユニット。

Images