JP5811422B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

特許文献１には、モータ本体部とモータ本体部の巻線を切り替える巻線切替器を一体的に備えたモータが記載されている。このモータでは、巻線切替器がモータ本体部の反負荷側の外面に設けられている。

特開２０１１−１４７２５３号公報

巻線切替器は、半導体スイッチング素子等で構成される巻線切替モジュールやダイオード等の発熱部品を有する。一般に、これらの発熱部品による発熱量は、モータ本体部の巻線による発熱量よりも小さいため、巻線切替器内の雰囲気温度は、モータ本体部内の雰囲気温度よりも低くなる。

上記従来技術では、巻線切替器が雰囲気温度の高いモータ本体部と隣接して設けられている。また、巻線と巻線切替器との接続構成について、特許文献１には明確に記載されていないが、モータ本体部と巻線切替器が隣接配置されていることから、発熱量の大きな巻線の端部が巻線切替器内に直接導入され、巻線切替器内で端子等に接続される構成が考えられる。このため、巻線切替器がモータ本体部から受ける熱の影響が大きくなるおそれがあった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、巻線切替器が回転電機本体部から受ける熱の影響を小さくすることができる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、複数の電子部品を備え、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続するための第１端子台を備えた配線室と、を有し、前記配線室は、前記回転電機本体部と前記巻線切替器の間に配置されており、前記巻線切替器は、前記巻線切替器と前記配線室とを隔てる隔壁部と、前記巻線切替器と前記配線室とを連通する、前記隔壁部に形成された連通孔と、を備えた巻線切替筐体を有し、前記第１端子台は、前記連通孔に挿通されたバスバーを介して前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続する回転電機が適用される。
また、上記課題を解決するため、本発明の他の観点によれば、固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、複数の電子部品を備え、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続するための第１端子台、及び、電源ケーブルと前記巻線の端部を電気的に接続する第２端子台、を備えた配線室と、を有し、前記配線室は、前記回転電機本体部と前記巻線切替器の間に配置されている回転電機が適用される。

本発明によれば、回転電機において巻線切替器が回転電機本体部から受ける熱の影響を小さくできる。

一実施形態に係る電動機を主要構成部ごとに分解した状態の外観全体を斜視で表した図である。 組み立てた状態の電動機を図１中の矢視Ａ−Ａ線から見た軸方向側断面で表した図である。 図２中の矢視Ｂ−Ｂ線断面から見た配線ユニットの平面図である。 図２中の矢視Ｃ−Ｃ線断面から見た切替制御ユニットの平面図である。 図２中の矢視Ｄ−Ｄ線断面から見た切替制御ユニットフレームの軸方向断面図である。 図５中の矢視Ｅ−Ｅ線断面から見た切替制御ユニットフレームの側断面図である。 変形例の水冷冷却室を備えた切替制御ユニットフレームの図６に対応する側断面図である。 巻線用端子台を水冷冷却室に固定した場合の電動機の図２に対応する側断面図である。

以下、一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、一実施形態に係る電動機を主要構成部ごとに分解した状態の外観全体を斜視で表した図であり、図２は、組み立てた状態の電動機を図１中の矢視Ａ−Ａ線から見た軸方向側断面で表した図である。図示する例の電動機は、例えば電気自動車の駆動用モータに適用される回転型電動機である。なお、図２中においては、図示の煩雑を避けるために、ケーブル等の配線は省略している。

これら図１、図２において、電動機１００は、電動機本体１と、配線ユニット２と、切替制御ユニット３と、蓋部４とを有している。電動機本体１はその全体の外観が略円筒形状であり、その一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の軸方向端部で後述の出力軸１２を突出させ、その反対側（図１中の右上側、図２中の右側）の軸方向端部に、それぞれ略同じ外径で軸方向に短い形状の配線ユニット２と、切替制御ユニット３とを同軸的に重ねて連結している。この重ねる順序としては、電動機本体１、配線ユニット２、及び切替制御ユニット３の順である。さらに、切替制御ユニット３の開放端部に同じ外径の蓋部４を取り付けて、電動機１００の全体が略円筒形状の組立体に構成される。

電動機本体１は、電動機本体フレーム１１と、出力軸１２と、永久磁石が埋め込まれた回転子１３と、巻線を有する固定子１４と、レゾルバ１５とを有している。電動機本体フレーム１１は、全体が略円筒形状で構成され、一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の軸方向端部が閉塞壁１１ａで閉じており、他方側（図１中の右上側、図２中の右側）の軸方向端部が開口している。図示する本実施形態の例では、閉塞壁１１ａに上記出力軸１２が貫通しており、開口している側の軸方向端部に配線ユニット２が連結している。また、電動機本体フレーム１１の内部で開口側に近い軸方向位置に支持壁１１ｂが設けられており、この支持壁１１ｂと上記閉塞壁１１ａがそれぞれの中心位置でベアリング１１ｃを介して出力軸１２を回転自在に支持している。また、この電動機本体フレーム１１の外周側壁１１ｄの内部には、冷却水を周方向に流通可能な冷却水路１１ｅが全周に渡って設けられている。なお、特に詳しく図示しないが、この冷却水路１１ｅには冷却水を流通させる配管を介して外部の冷却水ポンプに接続されている（配管、冷却水ポンプ共に図示省略）。当該冷却水路１１ｅに冷却水を流通させることで、電動機本体１の発熱を吸熱させることができる。

本実施形態の電動機１００の例では、永久磁石が埋め込まれた回転子１３が略円柱形状に構成され、電動機本体フレーム１１の内部で上記出力軸１２に同軸的に固定されている。また、巻線を有する固定子１４は円筒形状に構成されており、上記永久磁石が埋め込まれた回転子１３の外周側を囲む配置で電動機本体フレーム１１の内周面に固定されている。上述したように、出力軸１２の一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の端部は上記電動機本体フレーム１１の閉塞壁１１ａを貫通して突出しており、他方側（図１中の右上側、図２中の右側）の端部は電動機本体フレーム１１の内部に収まっている。この出力軸１２の他方側の端部には、当該出力軸１２の回転速度や回転位置を検出するためのレゾルバ１５が設けられている。

以上のように構成された電動機本体１は、巻線を有する固定子１４に３相交流電力を供給することで、永久磁石が埋め込まれた回転子１３と出力軸１２を回転駆動できる３相交流同期型のモータであり、レゾルバ１５によってその回転子の回転角を検出できる。特に図示しないが、巻線を有する固定子１４には３相交流の各相に対応した巻線を３本並列に巻回して構成する巻線を２組備えている。これらのうち一つの巻線のみに３相交流を供給した場合には、インピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、電動機１００を高速で駆動するのに好適な状態となる。また、２組の巻線を直列に接続してその全体に３相交流を供給した場合には、インピーダンスが高いので低周波領域でも十分な電圧を印加することができ、同一電流に対して電動機１００に大きいトルクを発生させることができ、低速駆動に好適な状態となる。

切替制御ユニット３は、外部から供給された３相交流電力に対して上記２組の巻線をどのように接続して供給するかの切り替え制御を行うユニットであり、配線ユニット２は３相交流電力の供給端子と、切替制御ユニット３と、電動機本体１の２組の巻線との間を接続するケーブルを最適に這いまわして収容するユニットである。

図３は、上記図２中の矢視Ｂ−Ｂ線断面から見た配線ユニット２の平面図である。上記図１〜図３において、配線ユニット２は、配線ユニットフレーム２１と、巻線用端子台２２と、電源用端子台２３と、シールド板２４とを有している。

配線ユニットフレーム２１の外観は、その外周部分で上記電源用端子台２３の配置位置に角部２１ａを有する以外は、上記電動機本体フレーム１１と同じ外径の略円筒形状を有している。また、この配線ユニットフレーム２１は、電動機本体フレーム１１に連結する側（図１中の左下側、図２中の左側、図３中の奥側）の軸方向端部に遮蔽壁２１ｂを有しており、反対側（図１中の右上側、図２中の右側、図３中の手前側）の軸方向端部は開口している。配線ユニットフレーム２１の内部では、軸中心に近い位置に巻線用端子台２２が、上記角部２１ａの位置に電源用端子台２３が、それぞれ遮蔽壁２１ｂに固定されている。

巻線用端子台２２は全体が成形樹脂部材で構成されており、遮蔽壁２１ｂに直接固定される基台部２２ａと、上記切替制御ユニット３に連結する連結部２２ｂとを一体に備えている。基台部２２ａは、遮蔽壁２１ｂとの設置面からの高さが比較的低い略直方体形状を備えている。連結部２２ｂは、基台部２２ａの幅方向一方側（図２、図３中の上側）の辺に沿って長手方向に同じ長さに配置され、その上端が配線ユニットフレーム２１の開口側端部から突出するほどの高さの略直方体形状を備えている。このため当該巻線用端子台２２は、図２中に示すような略Ｌ字形状の断面を長手方向に連続する形状を備えている。配線ユニットフレーム２１の底面に位置する略円形形状の遮蔽壁２１ｂにおいて、巻線用端子台２２の基台部２２ａは遮蔽壁２１ｂの中心から外れてその長手方向に沿った辺を遮蔽壁２１ｂの弦とする配置で固定されている。また連結部２２ｂは、基台部２２ａのうちの遮蔽壁２１ｂの外周側に近い方の辺に位置している。

連結部２２ｂに接続する以外の基台部２２ａの上面には、その長手方向に渡って６つの端子結合部２２ｃが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている。隣り合う２つの端子結合部２２ｃの間には少しだけ高くなった分断壁２２ｄが設けられている。また、連結部２２ｂの先端部には、その長手方向に渡って６つの接続部２２ｅが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている（後述の図４参照）。同じ長手方向位置に位置する端子結合部２２ｃと接続部２２ｅどうしは、基台部２２ａと連結部２２ｂの内部に設けられた金属製のバスバー２２ｆを介して電気的に接続されている。

電源用端子台２３は、上記巻線用端子台２２と同様に、略Ｌ字形状の断面が長手方向に連続する形状を備えており、配線ユニットフレーム２１の外周側の角部２１ａに配置されて遮蔽壁２１ｂに固定されている。この電源用端子台２３には、その長手方向に渡って３つの電源結合部２３ａが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている。これら３つの電源結合部２３ａは、外部電源ケーブル２５を介して図示しない外部のインバータに接続されている。

配線ユニットフレーム２１の遮蔽壁２１ｂの中心位置には、上記電動機本体１に設けられたレゾルバ１５より少し大きい外径で例えば磁性体などからなるシールド板２４が設けられている。また遮蔽壁２１ｂにおいて、シールド板２４より外周側で適宜の周方向位置に２つの挿通穴２１ｃ、２１ｄが隣接して設けられている。また遮蔽壁２１ｂにおいて、巻線用端子台２２より外周側の位置には、遮蔽壁２１ｂを貫通して上記レゾルバ１５の配線を配線ユニットフレーム２１の内部へ通すための連通穴２１ｅが設けられている。

そして、巻線用端子台２２の基台部２２ａに設けられた６つの端子結合部２２ｃのうち、図３中の左側の３つはそれぞれ高速用ケーブル２６の端子を結合するための結合部であり、図３中の右側の３つはそれぞれ低速用ケーブル２７の端子を結合するための結合部である。上記連結部２２ｂは、これら高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７のそれぞれに対応して長手方向に２分割されている。電源用端子台２３に設けられた３つの電源結合部２３ａは、それぞれ電源用ケーブル２８の端子を結合するための結合部である。各結合部は、ボルトなどの締結によって各ケーブルの端子が結合される。高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用ケーブル２８はそれぞれ３本ずつ配線されるが、それら３本の内訳は３相交流のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応している。

電源用ケーブル２８は、図示しない外部のインバータから供給された駆動用の３相交流電流が流れるケーブルである。高速用ケーブル２６は、上述した電動機本体１の内部に備えられる２組の巻線に対して高速駆動の切替時に接続するケーブルであり、接続の切り替え状態によっては比較的大きな電流が流れるため太いケーブルが用いられている。低速用ケーブル２７は、上述した電動機本体１の内部に備えられる２組の巻線に対して低速駆動の切替時に接続するケーブルであり、どのような接続の切り替え状態であっても上記電源用ケーブル２８と同等またはそれより低い電流が流れるため、電源用ケーブル２８と同じ太さのケーブルが用いられている。

３本の高速用ケーブル２６は、巻線用端子台２２に最も近い位置の挿通穴２１ｃに挿通させて電動機本体１の内部に挿通されている。３本の低速用ケーブル２７は、もう一方の挿通穴２１ｄを通過して電動機本体１の内部に挿通されている。このように電動機本体１の内部に挿通された高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７の併せて６本のケーブルは、図１に示すように、それぞれ電動機本体フレーム１１の内周側で同じ巻回方向に何重にも巻回された状態で収納され、その巻回部分２９から出たそれぞれの端部が２組の巻線に接続される（図２中ではこの巻回部分２９を含めた配線全体を省略している）。

この電動機本体１内におけるケーブルの巻回部分２９の巻回経路は、図３の断面から見て、配線ユニットフレーム２１と同等の外径である電動機本体フレーム１１の外周側壁１１ｄの内面に沿って反時計回り方向に描く円形経路である（特に図示せず）。この円形経路に対して、図３中に示す配置の高速用ケーブル２６は、比較的曲率の小さい（曲率半径の大きい）配線経路で進入できるよう引き回せる。また、同じ円形経路に対して、図３中に示す配置の低速用ケーブル２７は、比較的曲率の大きい（曲率半径の小さい）配線経路で進入するよう引き回している。

ここで、基台部２２ａの上面で隣り合う２つの端子結合部２２ｃの間の分断壁２２ｄは、近傍のケーブルの配線経路に沿う方向で設けられている。それら分断壁２２ｄの間の出口位置を考慮すると、最も太い３本の高速用ケーブル２６が、巻線用端子台２２の半径方向最外周側に配線され、最も細い低速用ケーブル２７が巻線用端子台２２の半径方向略中央位置に配線されるよう、それぞれ接続されていると見なせる。なお、ここでの半径方向とは、略円筒形状の配線ユニットフレーム２１における半径方向を意味する。また、図示するこの例の配線経路では、３本の高速用ケーブル２６と３本の低速用ケーブル２７とが互いに隣接するよう配置されている。

図４は、上記図２中の矢視Ｃ−Ｃ線断面から見た切替制御ユニット３の平面図である。上記図１、図２及び図４において、切替制御ユニット３は、切替制御ユニットフレーム３１と、ダイオードモジュール３２と、ＩＧＢＴモジュール３３と、制御回路基板３４とを有している。

切替制御ユニットフレーム３１の外観は、上記電動機本体フレーム１１と同じ外径の略円筒形状を有している。また、この切替制御ユニットフレーム３１は、配線ユニットフレーム２１に連結する側（図１中の左下側、図２中の左側、図４中の奥側）の軸方向端部に水冷冷却室３５を有しており、反対側（図１中の右上側、図２中の右側、図４中の手前側）の軸方向端部は開口している。上記水冷冷却室３５は、切替制御ユニットフレーム３１の周方向の一部分（図２中、図４中の上方部分）において配線ユニット２に向けて開口させ、それ以外では全面的に遮蔽するよう設けられている。配線ユニット２と連結した際には、この水冷冷却室３５が設けられていない開口部分（以下において、開放口３１ａという）に上記巻線用端子台２２の連結部２２ｂが貫通し、切替制御ユニットフレーム３１の内部に挿入される。なお、水冷冷却室３５の構造については後に詳述する。

切替制御ユニットフレーム３１の内部では、ダイオードモジュール３２が上記開放口３１ａに近い側の位置で、ＩＧＢＴモジュール３３が上記開放口３１ａから遠い側の位置で、それぞれ水冷冷却室３５の上面壁３５ａ（図２中の右側の壁面、図４中の手前側の壁面）に固定されている。そして制御回路基板３４は、ダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３の上方側（図２中の右側、図４中の手前側）に重なる配置で固定され、外部制御ケーブル３６を介して図示しない外部の切替制御装置に接続されている。なおここでは、説明の便宜上、蓋部４の側を上方側、電動機本体１の側を下方側としている。ダイオードモジュール３２は、配線ユニット２から当該切替制御ユニット３の内部に挿入された上記連結部２２ｂの先端の６つの接続部２２ｅからそれぞれ適宜の配線を介して接続されている。またＩＧＢＴモジュール３３は、ダイオードモジュール３２と制御回路基板３４にそれぞれ適宜の配線を介して接続している（これらの配線は図示を省略）。これらのうち、上記連結部２２ｂ、ダイオードモジュール３２、及びＩＧＢＴモジュール３３には、上記高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７を介して大きな電流が流れるため、高い温度に発熱する。このため、これら連結部２２ｂ、ダイオードモジュール３２、及びＩＧＢＴモジュール３３は、切替制御ユニットフレーム３１に設けられた水冷冷却室３５を構成する部材に接触させて吸熱させる必要がある。

図５は、上記図２中の矢視Ｄ−Ｄ線断面から見た切替制御ユニットフレーム３１の軸方向断面図であり、図６は、図５中の矢視Ｅ−Ｅ線断面から見た切替制御ユニットフレーム３１の側断面図である。つまり、図５、図６はそれぞれ主に水冷冷却室３５の軸方向断面及び側断面を表している。これら図５、図６において、水冷冷却室３５は、配線ユニット２側への開放口３１ａの周囲部分を除いた切替制御ユニットフレーム３１の外周側面の部分と、上記開放口３１ａを仕切る内壁部３１ｂとで側方を囲まれて、さらに配線ユニット２側に位置する下面壁３５ｂとその軸方向逆側の上面壁３５ａとに挟まれた密閉空間で構成されている。なお、本実施形態の例では、下面壁３５ｂと上面壁３５ａのそれぞれの内面が並行に対向するよう配置されている。

さらに、水冷冷却室３５の内部において、その略中心位置から上記開放口３１ａと逆側（図２中、図５中の下側）の外周側壁に渡って延設されて下面壁３５ｂと上面壁３５ａを接続する仕切り壁部３５ｃが設けられており、このため図５の平面図で見た当該水冷冷却室３５の全体は略Ｕ字型形状（図５中では上下逆向き）を備えている。この略Ｕ字形状の両端位置、つまり上記開放口３１ａと逆側で仕切り壁部３５ｃを挟んだ２箇所の位置における外周側壁がそれぞれ開口されており、それぞれノズル３７，３８が連通して設けられている。本実施形態の例では、図５中の左側のノズル３７が当該水冷冷却室３５の内部に冷却水を供給する供給口ノズル３７として機能し、図５中の右側のノズル３８が当該水冷冷却室３５の内部から冷却水を排出する排出口ノズル３８として機能する。これら供給口ノズル３７と排出口ノズル３８は、それぞれ冷却水を流通させる配管を介して外部の冷却水ポンプに接続されている（配管、冷却水ポンプ共に図示省略）。

そして、この略Ｕ字形状の水冷冷却室３５の内部においては、供給口ノズル３７から排出口ノズル３８へ向かう方向で冷却水が流通するが、図５の平面図で見た水冷冷却室３５の形状としては、上記供給口ノズル３７と排出口ノズル３８を設けた側（つまり略Ｕ字形状の両端側）よりも上記開放口３１ａの側（つまり略Ｕ字形状の屈曲側）の方が流路幅が大きくなるように形成されている。つまり、流路幅が２つのノズル３７，３８側から流路奥側に向けて拡大するように形成されている。特に上記仕切り壁部３５ｃによって仕切られた領域においては、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されている。

また、水冷冷却室３５の内部には、配線ユニット２側の上面壁３５ａに複数の整流フィン３５ｄが設けられている。これら整流フィン３５ｄは、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに到達しない程度に突出した壁部であり、冷却水が流通する経路の各領域においてそれぞれ冷却水の流通方向に沿って４つ設けられている。そして上述したように、特に上記仕切り壁部３５ｃによって仕切られた領域においては、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されているため、当該領域に設けられた各整流フィン３５ｄは略放射状に配置されている。それ以外の領域では、冷却水の流通方向に沿って４つの整流フィン３５ｄが略平行に配置されている。

また、水冷冷却室３５の内部には、上記ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３を上面壁３５ａに接触させて固定するためのネジ穴３９を内部に有した取付部３５ｅが設けられている。各整流フィン３５ｄは、これら取付部３５ｅに干渉しない配置で設けられている。各取付部３５ｅは、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに渡って両方に接続するように設けられている。このようにしてダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３は各ネジ穴３９に螺合させたネジを介して各取付部３５ｅに固定され、水冷冷却室３５の上面壁３５ａに広い範囲で接触している。これにより、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３に大きい電流が流れて発熱しても、水冷冷却室３５に吸熱させることができる。また、同じ水冷冷却室３５でも、流路幅の広い開放口３１ａ側の領域（図２中、図５中の上側の領域）より、流路幅が狭いノズル３７，３８側の領域（図２中、図５中の下側の領域）の方が冷却水の流速が速いため冷却効率がよい。このため、図示するように、比較的発熱温度が高くなるＩＧＢＴモジュール３３をノズル３７，３８側の領域に配置し、比較的発熱温度が低いダイオードモジュール３２を開放口３１ａ側の領域に配置させている。

また、図２、図５に示すように、配線ユニット２から上記開放口３１ａを貫通して切替制御ユニット３の内部に挿入されている上記巻線用端子台２２の連結部２２ｂは、その側部の平坦面を水冷冷却室３５の開放口３１ａ側の上記内壁部３１ｂに接触させている。これにより、当該連結部２２ｂの内部に設けられているバスバー２２ｆに大きな電流が流れて連結部２２ｂ全体が発熱しても、水冷冷却室３５に吸熱させることができる。また、電源用端子台２３もまた電流が流れた際に発熱する部材であるため、上記図２に示すようにその断面略Ｌ字形状の先端部を水冷冷却室３５の下面壁３５ｂに接触させることで吸熱できる。また、特に図示しないが、電動機本体１の内部に設けられたレゾルバ１５に接続された配線が、配線ユニットフレーム２１の上記連通穴２１ｅ及び切替制御ユニットフレーム３１の開放口３１ａを介して配線され、制御回路基板３４に接続されている。

以上のように構成された電動機１００の全体を見ると、上述したように、電動機本体１と、配線ユニット２と、切替制御ユニット３と、蓋部４とを、この順序で重ねて連結した構成である。このうち、巻線を有する固定子１４を内部に備えた電動機本体１が最も発熱量が大きく、それに次いでダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３を内部に備えた切替制御ユニット３の発熱量が高い。配線ユニット２は、内部に備えた各端子台２２，２３や各ケーブル２６，２７，２８が大きな電流を流すことで発熱するものの、ユニット単位で見れば電動機本体１や切替制御ユニット３よりも大分発熱量が低い。これにより、配線ユニット２は、電動機本体１から切替制御ユニット３への熱の伝達を遮断する断熱室として機能する。

以上において、出力軸１２が各請求項記載のシャフトに相当し、電動機本体１が各請求項記載の回転電機本体部に相当し、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３が各請求項記載の電子部品に相当し、切替制御ユニット３が各請求項記載の巻線切替器に相当し、巻線用端子台２２が各請求項記載の第１端子台に相当し、配線ユニット２が各請求項記載の配線室に相当し、電動機１００全体が各請求項記載の回転電機に相当する。また、水冷冷却室３５が各請求項記載の第１冷媒流路に相当し、切替制御ユニットフレーム３１が各請求項記載の巻線切替筐体に相当し、冷却水路１１ｅが各請求項記載の第２冷媒流路に相当し、電動機本体フレーム１１が各請求項記載の回転電機筐体に相当し、外部電源ケーブル２５が各請求項記載の電源ケーブルに相当し、電源用端子台２３が各請求項記載の第２端子台に相当し、下面壁３５ｂが各請求項記載の隔壁部に相当し、開放口３１ａが各請求項記載の連通孔に相当する。

以上説明したように、本実施形態の電動機１００によれば、切替制御ユニット３は、複数の電子部品として、半導体スイッチング素子等で構成されるＩＧＢＴモジュール３３や、ダイオードモジュール３２等の発熱部品を有する。一般に、これらの発熱部品による発熱量は、電動機本体１の巻線を有する固定子１４による発熱量よりも小さいため、切替制御ユニット３内の雰囲気温度は、電動機本体１内の雰囲気温度よりも低くなる。

本実施形態の電動機１００においては、電動機本体１と切替制御ユニット３の間に、固定子１４の巻線の端部と切替制御ユニット３のダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３を電気的に接続するための巻線用端子台２２を備えた配線モジュール２を配置する。これにより、配線モジュール２を断熱室として機能させ、電動機本体１から切替制御ユニット３へ伝わる熱を効果的に遮断することができる。したがって、切替制御ユニット３が電動機本体１から受ける熱の影響を小さくすることができる。また、配線モジュール２を、電動機本体１や切替制御ユニット３とは独立した配線スペースとして設けるので、電動機本体１と切替制御ユニット３の間の配線作業を容易化できる。

また、本実施形態によれば、切替制御ユニット３が水冷冷却室３５が設けられた切替制御ユニットフレーム３１を有していることにより、当該水冷冷却室３５に冷却水を流通させることで切替制御ユニット３自体が独自にダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３を冷却できる。これにより、さらに切替制御ユニット３が電動機本体１から受ける熱の影響を小さくすることができる。

また、本実施形態によれば、水冷冷却室３５は、ダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３と、配線ユニット２の間に設けられている。これにより、電動機本体１から配線ユニット２を介して伝わる熱を水冷冷却室３５で遮断して、ダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３への熱伝達を効果的に遮断できる。

また、本実施形態によれば、電動機本体フレーム１１に設けられた冷却水路１１ｅを循環する冷却水により、その内側に設けられた巻線を有する固定子１４を冷却することができる。さらに、配線ユニット２内では、配線ユニット２内を引き回される固定子１４の巻線の端部や巻線用端子台２２が発熱するが、配線ユニット２は電動機本体フレーム１１の冷却水路１１ｅと切替制御ユニットフレーム３１の水冷冷却室３５によって挟まれて配置されるため、効果的に冷却され、配線ユニット２内の雰囲気温度の上昇を抑制することができる。したがって、電動機１００全体の冷却効率を向上できる。

また、本実施形態によれば、外部電源ケーブル２５からの電力が配線ユニット２に設けられた電源用端子台２３を介して巻線を有する固定子１４に供給される。このため、配線ユニット２内を引き回される巻線の端部や電源用端子台２３が発熱するが、上述のように配線ユニット２は冷却水路１１ｅと水冷冷却室３５によって挟まれることで効果的に冷却されるため、配線ユニット２内の雰囲気温度の上昇を抑制することができる。

また、一般に、バスバー２２ｆは固定子１４の巻線よりも断面積が大きいため、同じ電流を流す場合にはバスバー２２ｆの方が巻線よりも電流密度が小さくなり、発熱が小さい。本実施形態においては、巻線用端子台２２が、切替制御ユニットフレーム３１の開放口３１ａに挿通されたバスバー２２ｆを介して巻線の端部とダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３を電気的に接続する。すなわち、配線ユニット２の内部で固定子１４の巻線の端部を発熱量の小さなバスバー２２ｆに変換し、当該バスバー２２ｆを切替制御ユニット３内に導入することができる。このようにして、発熱量の大きな巻線の端部が直接的に切替制御ユニット３内に導入されることを回避できるため、切替制御ユニット３が電動機本体１から受ける熱の影響をさらに小さくすることができる。

また、バスバー２２ｆの周囲に樹脂を成形することで、切替制御ユニットフレーム３１の下面壁３５ｂの開放口３１ａを閉鎖あるいは開口面積を小さくすることが可能となる。これにより、切替制御ユニット３と配線ユニット２とを隔絶し、電動機本体１から切替制御ユニット３へ伝わる熱をより効果的に遮断することができる。

また、切替制御ユニット３を電動機本体１の負荷側でなく反負荷側に設けることで、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３の交換等のメンテナンス作業が容易となる。

なお上記実施形態においては、巻線用端子台２２を１つにまとめて設けたが本発明はこれに限られない。例えば、高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７のそれぞれに個別に対応させて２つの巻線用端子台２２を設けてもよいし、もしくは３つ以上に分割して設けてもよい。また、３本の高速用ケーブル２６が最も太く、３本の低速用ケーブル２７と３本の電源用ケーブル２８が同じ細さのケーブルとしていたが、このように２種類の太さに限定する必要はない。例えば、高速用ケーブル２６のうちの１本が最も太く、その他の高速用ケーブル２６をそれよりも細くしてもよいし、低速用ケーブル２７のうちのいずれかを細い方の高速ケーブルより太くしてもよい。つまりケーブルの太さを３種類以上としてもよい。この場合には、最も細いケーブルの配線経路が半径方向中央位置に位置しなくともよい。つまり、最も太いケーブルの配線経路を半径方向最外周位置に位置させることを原則としていればよく、それ以外の中程度の太さのケーブルを半径方向中央位置に位置させてもよい。

なお、切替制御ユニットフレーム３１に設けた水冷冷却室３５において、上記実施形態では下面壁３５ｂと上面壁３５ａのそれぞれの内面が平行に対向するよう配置していたが、本発明はこれに限られない。例えば、上記図６に対応する図７に示すように、側面方向から見た場合の流路幅が、ノズル３７，３８側の流路幅Ｗ１よりも開放口３１ａ側の流路幅Ｗ２の方が小さくなるよう、下面壁３５ｂＡと上面壁３５ａＡのそれぞれの内面を互いに傾けて配置してもよい。すなわち、流路の深さがノズル３７，３８側から流路奥側に向けて浅くなるように形成してもよい。このような流路形状とすることにより、図５の平面方向から見た場合の流路幅をノズル３７，３８側から流路奥側に向けて拡大しつつ、流路断面積をほぼ一定に保つことが可能となる。その結果、冷却水の流速をほぼ一定に保持することができるので、冷却効率を下げることなく、冷却面の面積を増大することができる。その結果、冷却性能をさらに向上できる。

また、上記構成の水冷冷却室３５は、上述した切替制御ユニット３や電動機１００以外にも適用可能であり、例えば同様に高い温度で発熱するインバータなどへの適用も有効である。また、整流フィン３５ｄについては、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに到達しない程度に突出した壁部で設けていたが、これに限られない。例えば、下面壁３５ｂから突出させてもよいし、又は下面壁３５ｂと上面壁３５ａの両方から突出させてその間に隙間を空けるか、もしくは接続するように設けてもよい。

なお、図２に対応する図８に示すように、電源用端子台２３における断面略Ｌ字形状の底辺部を水冷冷却室３５の下面壁３５ｂに接触させ、当該電源用端子台２３自体を水冷冷却室３５に固定させることでさらに冷却効率を向上させてもよい。また、配線ユニット２側の部材では、各端子台２２，２３の樹脂部分の平坦面だけを水冷冷却室３５の内壁部３１ｂや下面壁３５ｂに接触させていたが、これに限られない。例えば、各ケーブル２６，２７，２８を、水冷冷却室３５を構成するいずれかの壁部に接触させるよう配線してもよい。または、各端子台２２，２３の内部の金属製のバスバー２２ｆを外部に露出させ、それを水冷冷却室３５を構成するいずれかの壁部に直接接触させてもよい。この場合には、各バスバー間の絶縁を考慮した構成が必要になる。

なお、電動機本体フレーム１１と配線ユニットフレーム２１が別体で構成されていたが、これに限られない。例えば、特に図示しないが、電動機本体フレーム１１と配線ユニットフレーム２１とを一体に形成してもよい。この場合には、電動機本体フレーム１１の内部へのアクセスを容易とするために、上記閉塞壁１１ａを別体で構成して着脱可能にする必要がある。又は、配線ユニットフレーム２１と切替制御ユニットフレーム３１とを一体に形成してもよい。また、電動機本体１と配線ユニット２とを必ずしも隣接して連結させる必要はなく、例えばそれらの間に出力軸１２に連結したブレーキのユニット等を配置して連結させてもよい。また、電動機本体１において出力軸１２を突出させた側と逆側の軸方向端部に配線ユニット２と切替制御ユニット３を配置して連結したが、これに限られない。例えば、電動機本体１の出力軸１２を突出させた側の軸方向端部に配線ユニット２と切替制御ユニット３を配置して連結させてもよい。この場合には、配線ユニット２と切替制御ユニット３の中心位置に出力軸１２を貫通させるよう構成する必要がある。

また、上記実施形態では、反負荷側ブラケットとしての支持壁１１ｂと、配線ユニット２を別体としたが、例えば配線ユニット２の配線ユニットフレーム２１が支持壁を備え、ベアリング１１ｃを支持する構成としてもよい。言い換えれば、配線ユニット２が反負荷側ブラケットに設けられた構成としてもよい。これにより、電動機１００のさらなる小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、回転電機が電動機である場合を一例として説明したが、これに限られず、回転電機が発電機である場合にも適用することができる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 電動機本体（回転電機本体部）
２ 配線ユニット（配線室）
３ 切替制御ユニット（巻線切替器）
４ 蓋部
１１ 電動機本体フレーム（回転電機筐体）
１１ｅ 冷却水路（第２冷媒流路）
１２ 出力軸（シャフト）
１３ 回転子
１４ 固定子
１５ レゾルバ
２１ 配線ユニットフレーム（反負荷側ブラケット）
２１ｃ 挿通穴
２１ｄ 挿通穴
２１ｅ 連通穴
２２ 巻線用端子台（第１端子台）
２２ｂ 連結部
２３ 電源用端子台（第２端子台）
２４ シールド板
２５ 外部電源ケーブル（電源ケーブル）
２６ 高速用ケーブル
２７ 低速用ケーブル
２９ 巻回部分
２８ 電源用ケーブル
３１ 切替制御ユニットフレーム（巻線切替筐体）
３１ａ 開放口（連通孔）
３１ｂ 内壁部
３２ ダイオードモジュール（電子部品）
３３ ＩＧＢＴモジュール（電子部品）
３４ 制御回路基板
３５ 水冷冷却室（第１冷媒流路）
３５ａ 上面壁
３５ｂ 下面壁（隔壁部）
３５ｃ 仕切り壁部
３５ｄ 整流フィン
３５ｅ 取付部
３７ 供給口ノズル
３８ 排出口ノズル
１００ 電動機（回転電機）

Claims (7)

1. 固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、
   複数の電子部品を備え、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、
   前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続するための第１端子台を備えた配線室と、を有し、
   前記配線室は、
   前記回転電機本体部と前記巻線切替器の間に配置されており、
   前記巻線切替器は、
   前記巻線切替器と前記配線室とを隔てる隔壁部と、
   前記巻線切替器と前記配線室とを連通する、前記隔壁部に形成された連通孔と、を備えた巻線切替筐体を有し、
   前記第１端子台は、
   前記連通孔に挿通されたバスバーを介して前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記巻線切替筐体には、第１冷媒流路が設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１冷媒流路は、前記電子部品と前記配線室の間に設けられることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転電機本体部は、
   前記固定子を内側に備え、第２冷媒流路が設けられた回転電機筐体を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記配線室は、
   電源ケーブルと前記巻線の端部を電気的に接続する第２端子台を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記回転電機筐体の反負荷側に配置され、前記回転子を設けたシャフトを支持する軸受を備えた反負荷側ブラケットをさらに有し、
   前記配線室は、
   前記反負荷側ブラケットに設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、
   複数の電子部品を備え、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、
   前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続するための第１端子台、及び、電源ケーブルと前記巻線の端部を電気的に接続する第２端子台、を備えた配線室と、を有し、
   前記配線室は、
   前記回転電機本体部と前記巻線切替器の間に配置されている
   ことを特徴とする回転電機。
   

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