JP2024041397A - motor - Google Patents

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Abstract

【課題】モータ軸方向の長さを短縮可能なインバータ一体型のモータを提供する。【解決手段】本発明のモータは、軸中心に回転可能なロータと、ステータコアのスロットにコイルを有し、上記ロータを回転させるステータと、上記ステータを覆い固定するハウジングと、を備える。そして、上記ハウジングが、少なくとも上記ステータの外周面を覆う部分に冷却路を有し、インバータの電子部品が、上記ステータの径方向外側かつ上記冷却路よりも内側に配置されていることとしてため、モータと電子部品とを同時に冷却することができ、モータ軸方向の長さを短縮して小型化することができる。【選択図】図1[Problem] To provide an inverter-integrated motor that can shorten the axial length of the motor. [Solution] The motor of the present invention comprises a rotor that can rotate around its axis, a stator having coils in slots in a stator core to rotate the rotor, and a housing that covers and fixes the stator. The housing has a cooling path in at least a portion that covers the outer circumferential surface of the stator, and electronic components of an inverter are disposed radially outward of the stator and inside the cooling path, so that the motor and electronic components can be cooled simultaneously, and the axial length of the motor can be shortened to make it more compact. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、モータに係り、更に詳細には、小型化可能なインバータ一体型のモータに関する。 The present invention relates to a motor, and more particularly to an inverter-integrated motor that can be miniaturized.

モータのコイルに電圧を印加するインバータとモータと一体化したインバータ一体型モータが知られている。 2. Description of the Related Art Inverter-integrated motors are known in which an inverter that applies voltage to a motor coil is integrated with a motor.

特許文献1には、モータの回転軸に冷却ファンを設け、ハウジングに設けた開口部から冷却空気を吸入し、インバータを冷却した冷却空気流をモータ側に流すインバータ一体型モータは、スイッチング素子の冷却性を確保しながら、小型化が可能である旨が開示されている。 Patent Document 1 describes an inverter-integrated motor in which a cooling fan is provided on the rotating shaft of the motor, cooling air is sucked through an opening provided in the housing, and the cooling air flow that cools the inverter is sent to the motor side. It is disclosed that miniaturization is possible while ensuring cooling performance.

特開2004-274992号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-274992

しかしながら、インバータ一体型モータは、モータとインバータ部品とが、軸方向に並んで配置されているため、軸方向にスペースを要する。 However, the inverter-integrated motor requires space in the axial direction because the motor and the inverter components are arranged side by side in the axial direction.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータ軸方向の長さを短縮可能なインバータ一体型のモータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an inverter-integrated motor that can shorten the length of the motor in the axial direction.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、モータのコイルに電力を供給するインバータの電子部品を、モータの径方向外側かつハウジングに設けた冷却路の内側に配置することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive studies to achieve the above object, the inventor of the present invention has discovered that the electronic components of the inverter that supplies power to the coils of the motor are arranged radially outside the motor and inside the cooling path provided in the housing. The inventors have discovered that the above problems can be solved, and have completed the present invention.

即ち、本発明のモータは、軸中心に回転可能なロータと、ステータコアのスロットにコイルを有し、上記ロータを回転させるステータと、上記ステータを覆い固定するハウジングと、を備える。
そして、上記ハウジングが、少なくとも上記ステータの外周面を覆う部分に冷却路を有し、インバータの電子部品が、上記ステータの径方向外側かつ上記冷却路よりも内側に配置されていることを特徴とする。
That is, the motor of the present invention includes a rotor that is rotatable about its axis, a stator that has a coil in a slot of a stator core and rotates the rotor, and a housing that covers and fixes the stator.
The housing has a cooling passage at least in a portion covering the outer peripheral surface of the stator, and the electronic components of the inverter are arranged radially outside the stator and inside the cooling passage. do.

本発明によれば、インバータの電子部品を、モータの径方向外側かつハウジングに設けた冷却路の内側に配置することとしたため、モータと電子部品とを同時に冷却することができ、モータ軸方向の長さを短縮し、小型化できるインバータ一体型のモータを提供することができる。 According to the present invention, since the electronic components of the inverter are arranged radially outside the motor and inside the cooling path provided in the housing, the motor and electronic components can be cooled at the same time. It is possible to provide an inverter-integrated motor that can be shortened in length and downsized.

本発明のモータを軸と直交する方向で切った一例を示す要部断面図である。1 is a sectional view of a main part of an example of a motor according to the present invention taken in a direction perpendicular to an axis; FIG. 凹部を形成したステータの磁束を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing magnetic flux of a stator in which a recessed portion is formed. 本発明のモータを軸方向で切った一例を示す要部断面図である。1 is a sectional view of a main part of an example of the motor of the present invention taken in the axial direction.

本発明のモータについて詳細に説明する。
図1に本発明のモータを軸と直交する方向で切った断面図を示す。
なお、図1では、コイル及び基板を省略して示している。
The motor of the present invention will be explained in detail.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the motor of the present invention taken in a direction perpendicular to the shaft.
Note that in FIG. 1, the coil and the substrate are omitted.

本発明のモータは、図1に示すように、軸中心に回転可能なロータ1と、ステータコア21のスロットにコイル22を有し、上記ロータ1を回転させるステータ2と、上記コイル22に供給する電力の周波数を制御し、モータの回転速度を制御するインバータ3とが、1つのハウジング4内に収められたインバータ一体型のモータである。 As shown in FIG. 1, the motor of the present invention includes a rotor 1 rotatable around an axis, a coil 22 in a slot of a stator core 21, and a stator 2 that rotates the rotor 1 and supplies power to the coil 22. The inverter 3 that controls the frequency of the electric power and the rotational speed of the motor is housed in one housing 4, and is an integrated inverter motor.

ステータ2とロータ1から成るモータ部は、銅損や鉄損などの損失により発熱するので、連続運転を行う車両用モータなどでは、モータの外へ抜熱する構造が不可欠である。 Since the motor section consisting of the stator 2 and the rotor 1 generates heat due to losses such as copper loss and iron loss, a structure for dissipating heat to the outside of the motor is essential for a vehicle motor that operates continuously.

本発明の上記ハウジング4は、ステータ2をその外周側から覆い、ハウジング4の内周面がステータ2の外周面に当接してステータ2を固定しており、少なくともステータ2の外周面を覆う部分に冷却路41を有し、冷却路41を流れる冷却水などにモータ部の熱を伝えて抜熱する。 The housing 4 of the present invention covers the stator 2 from its outer circumferential side, and the inner circumferential surface of the housing 4 contacts the outer circumferential surface of the stator 2 to fix the stator 2, and at least the portion that covers the outer circumferential surface of the stator 2 A cooling path 41 is provided in the cooling path 41, and the heat of the motor section is transferred to the cooling water flowing through the cooling path 41 to remove the heat.

また、インバータは温度が上昇すると寿命が低下し易いので、一般的には熱の影響を受けないよう、モータ部から離れた箇所に設置される。 Furthermore, since the life of the inverter tends to decrease as the temperature rises, the inverter is generally installed at a location away from the motor section so as not to be affected by heat.

本発明のモータは、インバータの電子部品31を上記ステータ2の径方向外側かつ上記冷却路41よりも内側に配置し、上記電子部品31を冷却路41に近接させることで、上記電子部品31からの抜熱効率を高めている。 In the motor of the present invention, the electronic components 31 of the inverter are arranged radially outside the stator 2 and inside the cooling path 41, and the electronic components 31 are brought close to the cooling path 41, so that the electronic components 31 are separated from the electronic components 31. Improves heat removal efficiency.

したがって、インバータの電子部品31がモータ部の熱の影響を受けないように、インバータの電子部品31とモータ部とを離間させ、軸方向に並べて配置する必要がないので、インバータ電子部品31を発熱するステータ2の径方向外側近傍に配置することが可能であり、モータ軸方向の長さを短縮可能である。 Therefore, in order to prevent the inverter's electronic components 31 from being affected by the heat of the motor, the inverter's electronic components 31 and the motor section do not need to be spaced apart and arranged side by side in the axial direction, so that the inverter's electronic components 31 generate heat. It is possible to arrange the motor near the outside in the radial direction of the stator 2, and the length in the axial direction of the motor can be shortened.

さらに、インバータの電子部品31とモータ部とを同時に冷却できるので、冷却路41の長さを短くすることができ、モータ全体の大きさを小型化できるだけでなく、冷却路41を流れる流体の圧損をも低減することができ、冷却に要する電力をも低減することができる。 Furthermore, since the electronic components 31 of the inverter and the motor section can be cooled simultaneously, the length of the cooling path 41 can be shortened, and the overall size of the motor can be reduced. The amount of power required for cooling can also be reduced.

上記ハウジング4の冷却路41は、熱伝導性が高い材料で形成され、熱伝導性が高い材料としては、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができる。 The cooling path 41 of the housing 4 is made of a material with high thermal conductivity, and examples of the material with high thermal conductivity include aluminum and aluminum alloy.

また、図1に示すように、ステータ2の外周面に凹部23を形成し、この凹部23が形成された部位にインバータの電子部品31を配置することが好ましい。 Furthermore, as shown in FIG. 1, it is preferable that a recess 23 be formed in the outer peripheral surface of the stator 2, and that the electronic components 31 of the inverter be disposed in the region where the recess 23 is formed.

ステータコア21のスロットに設けられたコイル22から生じる磁界は、右ネジの法則によりコイル22が巻かれた軸方向に発生するので、ステータ2の径方向外側にインバータの電子部品31を配置すると、磁界の影響を受けてインバータの電子部品31の正常動作が妨げられることがある。 The magnetic field generated from the coil 22 provided in the slot of the stator core 21 is generated in the axial direction around which the coil 22 is wound according to the right-handed screw rule. The normal operation of the electronic components 31 of the inverter may be hindered due to the influence of the above.

ステータコア21を形成する電磁鋼板は透磁率が高く、空気は透磁率が低いので、ステータコア21の外周面に凹部23を形成すると、ステータ2の外周面に形成した凹部23では、図2に示すように、空気により磁束が通り難くなって磁束が疎になり、ステータコアの外周面に磁束が密な部分と疎な部分とを形成することができる。 The electromagnetic steel plate forming the stator core 21 has high magnetic permeability, and air has low magnetic permeability. Therefore, when the recess 23 is formed on the outer peripheral surface of the stator core 21, the recess 23 formed on the outer peripheral surface of the stator 2 has a high magnetic permeability as shown in FIG. In addition, the air makes it difficult for the magnetic flux to pass through, making the magnetic flux sparse, and it is possible to form areas where the magnetic flux is dense and areas where the magnetic flux is sparse on the outer peripheral surface of the stator core.

この磁束が疎になった領域にインバータの電子部品31を配置することで、磁界の影響を受け難くなり、インバータの正常動作が妨げられることを防止することができる。
上記コイル22の巻き方は、集中巻き、分布巻きのいずれであってもよい。
By arranging the electronic components 31 of the inverter in a region where the magnetic flux is sparse, it becomes less susceptible to the influence of the magnetic field, and normal operation of the inverter can be prevented from being disturbed.
The coil 22 may be wound in either concentrated winding or distributed winding.

また、ステータ2の凹部23が形成された部位であれば、コイル22からの磁界の影響を受け難い。上記電子部品31はステータ2の外周面に形成した凹部23内に配置してもよいが、図1に示すように、ステータ2の外周面に当接したハウジングの内周面上でステータ2の外周面に形成した凹部23内に配置しても良い。このハウジング4面上に配置すると上記電子部品31が冷却路41に接することができるので好ましい。どちらに配置するかは、電子部品31の抜熱の要否等で判断する。 Furthermore, the portion of the stator 2 where the recess 23 is formed is less likely to be affected by the magnetic field from the coil 22. The electronic component 31 may be placed in the recess 23 formed on the outer circumferential surface of the stator 2, but as shown in FIG. It may be arranged in a recess 23 formed on the outer peripheral surface. It is preferable to arrange the electronic component 31 on the surface of the housing 4 because the electronic component 31 can come into contact with the cooling path 41. Where to place the electronic component 31 is determined based on whether heat removal from the electronic component 31 is necessary or not.

ハウジング4に形成した凹部内にインバータの電子部品31を配置することで、ステータ2の外周面とインバータの電子部品31との間に隙間が形成され、磁界の影響を受け難くなるだけでなく、ステータ2からの熱が伝わりにくくなると共にインバータの電子部品31が冷却路41に近くなるので、抜熱効率が向上する。 By arranging the inverter's electronic components 31 within the recess formed in the housing 4, a gap is formed between the outer peripheral surface of the stator 2 and the inverter's electronic components 31, which not only makes it less susceptible to the influence of magnetic fields, but also Heat from the stator 2 is less likely to be transmitted and the electronic components 31 of the inverter are closer to the cooling path 41, so heat removal efficiency is improved.

上記ステータ2の凹部23の形状は、インバータの電子部品31の形状に合わせて、上記電子部品31が磁界の影響を受け難くできる形状・大きさであればよいが、軸方向に延びる溝であることが好ましい。 The shape of the recess 23 of the stator 2 may be a shape and size that matches the shape of the electronic component 31 of the inverter and makes the electronic component 31 less susceptible to the influence of the magnetic field, but it may be a groove extending in the axial direction. It is preferable.

ステータコア21は、複数枚の電磁鋼板を積層して形成するので、ステータ2の凹部23の形状が軸方向に延びる溝であると、凹部23を形成するために形状が異なる複数種の電磁鋼板を用いる必要がなく、形状が同じ1種類の電磁鋼板を積層し、凹部23を有するステータコア21を形成できるので、低コスト化が可能である。 The stator core 21 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, so if the shape of the recess 23 of the stator 2 is a groove extending in the axial direction, multiple types of electromagnetic steel plates with different shapes are used to form the recess 23. Since the stator core 21 having the concave portion 23 can be formed by laminating one type of electromagnetic steel sheets having the same shape, the cost can be reduced.

上記ステータ2外周面の磁束が疎になった領域に配置する電子部品31は、ディスクリート部品であることが好ましい。 It is preferable that the electronic component 31 disposed in the region of the outer circumferential surface of the stator 2 where the magnetic flux is sparse is a discrete component.

ディスクリート部品は、単一の機能を持った電子部品であり、このディスクリート部品を複数組み合わせて、目的とする機能を実現する電子回路を形成するものである。 A discrete component is an electronic component that has a single function, and a plurality of these discrete components are combined to form an electronic circuit that achieves a desired function.

磁束が疎になった領域に配置する電子部品31が、電子回路全体が一体化されたモジュールでなく、大きさが小さいディスクリート部品であることで、ステータ2に形成する凹部23を小さくすることができ、磁気回路設計への影響を最小限にすることができる。 Since the electronic component 31 placed in the area where the magnetic flux is sparse is a small discrete component rather than a module in which the entire electronic circuit is integrated, the recess 23 formed in the stator 2 can be made smaller. It is possible to minimize the influence on the magnetic circuit design.

ディスクリート部品の中でも、電気エネルギーの制御や供給を行うパワー半導体は、磁界の影響を受け易いので、これを優先して上記磁束が疎になった領域に配置することが好ましい。 Among the discrete components, power semiconductors that control and supply electrical energy are easily affected by magnetic fields, so it is preferable to prioritize them and place them in the region where the magnetic flux is sparse.

上記パワー半導体としては、例えば、絶縁ゲート型バイポーラートランジスタ(IGBT)やダイオードなどを挙げることができ、これらのパワー半導体は、ステータコア21のスロットに巻かれたコイル22との距離が均等になるよう、図1に示すように、ステータの外周面に均等に分布して配置されていることが好ましい。 Examples of the power semiconductor include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a diode, and these power semiconductors are arranged so that the distance from the coil 22 wound around the slot of the stator core 21 is equal , as shown in FIG. 1, it is preferable that they are evenly distributed and arranged on the outer circumferential surface of the stator.

上記ディスクリート部品を複数組み合わせてインバータ回路を形成する基板32は、図3に示すように、ロータシャフト12を避けるように、ステータ2の外径と外径がほぼ同径のドーナツ形とし、その主面を軸と直交する方向に向けてステータ2の軸方向端部に配置することができる。 As shown in FIG. 3, the board 32, which forms an inverter circuit by combining a plurality of the above-mentioned discrete components, has a donut shape with an outer diameter that is approximately the same as the outer diameter of the stator 2 so as to avoid the rotor shaft 12. It can be placed at the axial end of the stator 2 with the surface facing in the direction perpendicular to the axis.

ドーナツ形の基板32を上記のように配置することで、磁束が疎になった領域に配置したディスクリート部品と基板32との距離を短くすることができ、複数のディスクリート部品同士やコイル22とを電気的に接続可能にしてインバータ回路を形成することができる。 By arranging the donut-shaped substrate 32 as described above, it is possible to shorten the distance between the substrate 32 and the discrete components placed in the area where the magnetic flux is sparse, and it is possible to shorten the distance between the discrete components and the coil 22. They can be electrically connected to form an inverter circuit.

本発明のモータは、軸方向の長さを短縮できるので、モータを車両に横置きしたとき、に、車両衝突時に変形したサイドメンバが干渉し、モータの損傷を回避することができる。加えて、モータの端部に設けられる変速機からの出力を車輪に伝える軸の長さを左右略均等にすることができ、上記左右の軸の長さが異なることにより生じるねじり量の差に対する補正が容易である。 Since the motor of the present invention can be shortened in length in the axial direction, when the motor is placed horizontally in a vehicle, it is possible to avoid damage to the motor due to interference from side members deformed during a vehicle collision. In addition, the length of the shaft that transmits the output from the transmission provided at the end of the motor to the wheels can be made approximately equal on the left and right sides, which helps to compensate for the difference in torsion caused by the difference in the length of the left and right shafts. Easy to correct.

1 ロータ
11 ロータコア
12 ロータシャフト
2 ステータ
21 ステータコア
22 コイル
23 凹部
3 インバータ
31 電子部品(ディスクリート部品)
32 基板
33 平滑コンデンサ
34 PNコネクタ
4 ハウジング
41 冷却路
1 Rotor 11 Rotor core 12 Rotor shaft 2 Stator 21 Stator core 22 Coil 23 Recess 3 Inverter 31 Electronic components (discrete components)
32 Board 33 Smoothing capacitor 34 PN connector 4 Housing 41 Cooling path

Claims (5)

軸中心に回転可能なロータと、
ステータコアのスロットにコイルを有し、上記ロータを回転させるステータと、
上記ステータを覆い固定するハウジングと、を備えるモータであって、
上記ハウジングが、少なくとも上記ステータの外周面を覆う部分に冷却路を有し、
インバータの電子部品が、上記ステータの径方向外側かつ上記冷却路よりも内側に配置されていることを特徴とするモータ。
A rotor rotatable about an axis;
a stator having coils in slots of a stator core for rotating the rotor;
a housing that covers and fixes the stator,
the housing has a cooling passage at least in a portion covering an outer circumferential surface of the stator,
A motor, characterized in that electronic components of an inverter are arranged radially outside the stator and inside the cooling path.
上記ステータが、軸方向に見て外周面の一部に凹部を有し、
上記電子部品が、上記凹部が形成された部位に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ。
The stator has a recess in a part of an outer circumferential surface as viewed in the axial direction,
2. The motor according to claim 1, wherein the electronic component is disposed in the portion where the recess is formed.
上記凹部が、軸方向に延びる溝であることを特徴とする請求項2に記載のモータ。 The motor according to claim 2, wherein the recess is a groove extending in the axial direction. 上記電子部品が、ディスクリート部品であることを特徴とする請求項3に記載のモータ。 The motor according to claim 3, wherein the electronic component is a discrete component. 上記ステータの軸方向端部に基板を有し、
上記基板は、その主面が軸と直交する方向に配置されており、
上記ディスクリート部品の端子と上記コイルのコイルエンドとが上記基板に固定され、
上記ディスクリート部品と上記コイルとが電気的に接続可能であることを特徴とする請求項4に記載のモータ。
having a substrate at an axial end of the stator;
The above-mentioned substrate is arranged with its main surface in a direction perpendicular to the axis,
A terminal of the discrete component and a coil end of the coil are fixed to the board,
The motor according to claim 4, wherein the discrete component and the coil are electrically connectable.
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