JP5400687B2 - 高電圧機器一体型電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機と、この電動機に電力を供給する高電圧機器とが一体的に連結された高電圧機器一体型電動機の冷却構造の改良に関する。

従来から、電動機と、この電動機のコイルに、バスバーを介して電力を供給する高電圧機器とを有し、これらが一体的に連結された高電圧機器一体型電動機が知られている。このように構成される電動機は、省スペース化が図られる車両用原動機として使用される例がある。

下記特許文献１には、電動機とインバータとが一体に連結されたインバータ一体型電動機が記載されている。インバータと電動機のコイルとの間には、電力が流れるバスバーが接続される。このバスバーは、インバータに接続するバスバーと電動機に接続するバスバーとを有し、これらのバスバーが、熱伝導率の低い導電性部を介して電気的に接続するように構成される。この構成により、電動機で発生した熱が、バスバーを介して、インバータに伝導されることを抑制している。

特開平８−５１７４３号公報

従来の高電圧機器一体型電動機においては、電動機で発生した熱が、バスバーを介して高電圧機器に伝わってしまい、高電圧機器に不具合が発生しまうという問題がある。

そこで、上記特許文献１に記載されるように、バスバーの一部に、熱伝導率の低い導電性部を設け、電動機で発生した熱が高電圧機器に伝わることを抑制する方法が考えられる。

しかしながら、上記特許文献１に記載されるような熱伝導抑制構造では、バスバーからの放熱により、高電圧機器内の雰囲気の温度上昇を防止することができない。すなわち、バスバーからの熱伝導を抑制しても、高電圧機器内の雰囲気の温度が上昇してしまい、高電圧機器自体の温度が上昇してしまう。このような状況下においても高電圧機器の動作を保証するには、高価な部品を用いて高電圧機器の耐熱温度を上げなければならず、製造コストが増大してしまう。

本発明の目的は、低コストで、電動機から伝わる熱による高電圧機器の温度上昇を効率よく抑制することができる高電圧機器一体型電動機を提供することにある。

本発明は、電動機と、この電動機のコイルに、バスバーを介して電力を供給する高電圧機器と、を有し、電動機と高電圧機器とが一体的に連結された高電圧機器一体型電動機において、冷却媒体が流れ、高電圧機器を冷却する樹脂製の冷却部を有し、バスバーの少なくとも一部が、冷却部を形成する樹脂に覆われることを特徴とする。

また、前記バスバーの少なくとも一部と前記樹脂との間に、前記樹脂より高い熱伝導性を有する樹脂が配置されることができる。

また、前記高熱伝導性の樹脂は、冷却媒体が流れる流路のほうまで延びるように前記樹脂内に設けられることができる。

また、バスバーの電流を検出する電流センサを有し、冷却部を形成する樹脂に覆われる前記バスバーの領域は、電流センサより電動機のコイル側であることができる。

本発明の高電圧機器一体型電動機によれば、低コストで、電動機から伝わる熱による高電圧機器の温度上昇を効率よく抑制することができる。

本実施形態に係る電気自動車の構成を示す図である。 本実施形態に係る高電圧機器一体型電動機の構成を示す図である。

以下、本発明に係る高電圧機器一体型電動機の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、電動機の出力で走行する電気自動車を挙げ、この自動車に搭載される高電圧機器一体型電動機について説明する。なお、本発明は、電気自動車に限らず、内燃機関と電動機との出力で走行する車両、すなわちハイブリッド車両用の高電圧機器一体型電動機、または電動機の出力で動作するその他の機器にも適用できる。

まず、本実施形態に係る高電圧機器一体型電動機１０を搭載する電気自動車１２の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電気自動車１２の構成を示す図である。

電気自動車１２は、原動機として電動機１４を有する。電動機１４には、動力伝達機構１６を介して駆動輪１８が接続される。電動機１４の動力は、動力伝達機構１６を介して、駆動輪１８に伝達され、電気自動車１２が走行する。

また、電気自動車１２は、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と記す）２０と、バッテリ２２とを有する。電動機１４は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ２２に電気的に接続される。電動機１４とＰＣＵ２０とは、バスバー２４を介して接続される。一方、ＰＣＵ２０とバッテリ２２とは、直流用のケーブル２６を介して接続される。

ＰＣＵ２０は、例えば数百Ｖもの高電圧が印加される高電圧機器であり、インバータ２８（図２に示す）とコンデンサ３０（図２に示す）とコンバータ（図示せず）とを含む。

インバータ２８は、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。

コンデンサ３０は、インバータ２８の１次側に設けられ、バッテリ２２からインバータ２８に供給される直流の電圧を平滑化する装置である。なお、インバータ２８の２次側にコンデンサ３０を設けて、インバータ２８から電動機１４に供給される電圧の高周波成分を除去することもできる。

コンバータは、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。

なお、本実施形態においては、ＰＣＵ２０がインバータ２８とコンデンサ３０とコンバータとを含む場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ＰＣＵ２０がインバータ２８、コンデンサ３０またはコンバータの少なくとも１つを含んでもよい。

バッテリ２２は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。もちろん、バッテリ２２が、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタで構成されてもよい。

バッテリ２２に蓄えられた電力は、ＰＣＵ２０により昇圧されるとともに直流から交流に変換された後に、バスバー２４を介して電動機１４のコイルに供給され、電動機１４を駆動する。また、回生時に電動機１４により発電された電力は、ＰＣＵ２０により交流から直流に変換されるとともに降圧された後に、バッテリ２２に送られて蓄えられる。

本実施形態の高電圧機器一体型電動機１０は、電動機１４とＰＣＵ２０が一体的に連結されている。しかし、一体的に連結される機器の構成は一例であって、本発明はこの構成に限定されず、高電圧機器一体型電動機１０が、電動機１４とＰＣＵ２０の他に、さらに動力伝達機構１６が一体的に連結されて構成されてもよい。

次に本実施形態の高電圧機器一体型電動機１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、高電圧機器一体型電動機１０の構成を示す図である。

高電圧機器一体型電動機１０は、電動機１４とＰＣＵ２０が一体的に連結されている。具体的には、ＰＣＵ２０のハウジング２０ａが電動機１４のハウジング１４ａに連結されるように設けられ、それらのハウジング１４ａ，２０ａを連通するようにバスバー２４が設けられる。

ハウジング１４ａには、ロータと、コイルが巻回されたステータ（共に図示せず）とが収容される。ハウジング１４ａにおいて、バスバー２４の一端がコイルに接続される。

ハウジング２０ａには、インバータ２８と、コンデンサ３０と、コンバータ（図示せず）とが収容される。ハウジング２０ａにおいて、バスバー２４の他端がインバータ２８に接続される。

また、ハウジング２０ａには、インバータ２８、コンデンサ３０及びコンバータを制御する制御基板３２と、バスバー２４を流れる電流を計測する電流センサ３４と、ＰＣＵ２０を冷却する冷却部３６とが収容される。

電流センサ３４は、バスバー２４が貫通するように設けられたコア（図示せず）と、コアの各ギャップ部（図示せず）に配置される磁束密度検出素子（図示せず）と、この素子を搭載する回路基板（図示せず）とを有する。電流センサ３４は、バスバー２４に電流が流れると、その電流によりコア内部に磁界が発生し、磁束密度検出素子がその磁界の強さを電圧信号に変換することにより電流値を検出する。この電流値は電流センサ３４から制御基板３２に出力され、制御基板３２は電流値に基づいてインバータ２８を駆動制御する。

冷却部３６は、これの両面にインバータ２８とコンデンサ３０とが接するように配置される。冷却部３６は、樹脂製であり、ポリプロピレンまたはポニフェニレンエーテルなどの熱可塑性樹脂を用いた射出成形により形成される。冷却部３６は、冷却媒体が流れる流路３８を有する。流路３８は、上述した樹脂によって囲まれた空間である。流路３８を流れる冷却媒体は、自動車に使用される冷却媒体であり、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）である。この構成により、インバータ２８とコンデンサ３０で生じた熱を、冷却部３６の流路３８を流れる冷却媒体に効率よく放熱することができる。

本実施形態の冷却部３６は、これの樹脂がバスバー２４の一部を覆うように成形される。具体的には、図２に示されるように、冷却部３６を構成する樹脂が、バスバー２４側へ延び、そしてバスバー２４に沿ってバスバー２４を覆うように成形される。なお、冷却部３６を構成する樹脂であって、バスバー２４を覆う樹脂の部分を以降、樹脂壁４０と記す。

この構成により、電動機１４で発生し、バスバー２４を介してＰＣＵ２０に移動してくる熱を、樹脂壁４０に伝えることができるので、その熱を、冷却部３６の流路３８を流れる冷却媒体に放熱することができる。また、樹脂壁４０に覆われるバスバー２４の領域においては、バスバー２４からハウジング２０ａ内部の雰囲気への放熱が防止されるので、電動機１４の発熱によるＰＣＵ２０の温度上昇を抑制することができる。

また、図２に示されるように、樹脂壁４０により覆われるバスバー２４の領域は、電流センサ３４より電動機１４のコイル側に位置する。この構成により、バスバー２４が貫通するように設けられ、バスバー２４を介して電動機１４からの熱の影響を受け易い電流センサ３４の温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態においては、樹脂壁４０と、樹脂壁４０に覆われるバスバー２４との間に、樹脂壁４０より高い熱伝導性を有する樹脂４２が配置される。この高熱伝導性の樹脂４２も熱可塑性樹脂であり、例えばシリコーンである。この高熱伝導性の樹脂４２は、冷却部３６内を、流路３８のほうまで延びるように設けられる。この構成により、電動機１４から移動するバスバー２４の熱を、高熱伝導性の樹脂４２を介して、流路３８を流れる冷却媒体に効率よく放熱することができる。

本実施形態においては、樹脂壁４０がバスバー２４の一部を覆うように成形される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。バスバー２４から冷却部３６への放熱量を増やすとともに、バスバー２４からハウジング２０ａ内の雰囲気への放熱量を減らそうとするのであれば、ハウジング２０内におけるバスバー２４のより多くの領域を樹脂壁４０で覆うこともできる。

１０ 高電圧機器一体型電動機、１４ 電動機、２０ ＰＣＵ、２４ バスバー、２８ インバータ、３０ コンデンサ、３２ 制御基板、３４ 電流センサ、３６ 冷却部、３８ 流路、４０ 樹脂壁、４２ 高熱伝導性の樹脂。

Claims (4)

1. 電動機と、
   この電動機のコイルに、バスバーを介して電力を供給する高電圧機器と、
   を有し、
   電動機と高電圧機器とが一体的に連結された高電圧機器一体型電動機において、
   冷却媒体が流れ、高電圧機器を冷却する樹脂製の冷却部を有し、
   バスバーの少なくとも一部が、冷却部を形成する樹脂に覆われる、
   ことを特徴とする高電圧機器一体型電動機。
2. 請求項１に記載の高電圧機器一体型電動機において、
   前記バスバーの少なくとも一部と前記樹脂との間に、前記樹脂より高い熱伝導性を有する樹脂が配置される、
   ことを特徴とする高電圧機器一体型電動機。
3. 請求項２に記載の高電圧機器一体型電動機において、
   前記高熱伝導性の樹脂は、冷却媒体が流れる流路のほうまで延びるように前記樹脂内に設けられる、
   ことを特徴とする高電圧機器一体型電動機。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の高電圧機器一体型電動機において、
   バスバーの電流を検出する電流センサを有し、
   冷却部を形成する樹脂に覆われる前記バスバーの領域は、電流センサより電動機のコイル側である、
   ことを特徴とする高電圧機器一体型電動機。
   

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