JP5935894B2 - 電気モーターの冷却構造 - Google Patents
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Description
この発明は、電気モーターの冷却構造に関する。
ユニットを小型化すべく、電気モーターにモーター制御回路(インバーター)を一体化する構造が知られている。このような構造では、モーターとインバーターとを接続する電力線が短いので、モーターコイルの熱が電力線を介してインバーターへ伝わりやすい。伝わる熱量が多いと、インバーター内部の半導体素子が故障する可能性がある。
そこで、JP2010−268633Aは、電力線を冷却する構造を提案する。具体的には、インバーター電力線及びモーター電力線を接続する端子台と、水路が内蔵された冷却器とが、L字状の伝熱部材を介して接続される。L字状の伝熱部材のうち一方の平板部(第1平板部)は、水路から離れた冷却器表面に接着固定される。第1平板部と直交する第2平板部が、端子台に接着固定される。そして、インバーター電力線が、第2平板部を挟んで、端子台にボルト締結される。
JP2010−268633Aの構造は、冷却器と端子台とがL字状の伝熱部材で接続されるので、各部品の公差を厳しく管理しなければならない。公差を厳しく管理しても、部品精度のバラツキによって、冷却器及び第1平板部の間や、端子台及び第2平板部の間に隙間ができる可能性がある。隙間ができれば、冷却器表面から端子台に伝わる熱抵抗が大きくなり、端子台に接続される電力線の冷却性能が悪くなり、モーターコイルの熱が電力線を介してモーター制御回路へ伝わる可能性がある。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、電気モーターにモーター制御回路が一体化されても、モーターコイルの熱が電力線を介してモーター制御回路へ伝わりにくい電気モーターの冷却構造を提供することである。
本発明による電気モーターの冷却構造のひとつの態様は、ステーター及びローターを収装するとともに、ローター軸方向の端面に開口する溝が形成されるモーターケースと、前記モーターケースに取り付けられるモーター制御回路と、を含む。そして、前記溝を塞いだ状態とすることで冷却水が通流可能な冷却水路を形成し、モーターの電力線及びモーター制御回路の電力線が接続される端子台をさらに含む。
以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明による電気モーターの冷却構造の主要な部品を示す斜視図である。
図1は、本発明による電気モーターの冷却構造の主要な部品を示す斜視図である。
本発明による電気モーターの冷却構造1は、主に、ステーター10と、モーターケース20と、インバーター30と、端子台40と、を含む。
ステーター10は、不図示のローターとともにモーターケース20に収装される。ステーター10は、U相モーター電力線11Uと、V相モーター電力線11Vと、W相モーター電力線11Wとを備える。これらのモーター電力線は、インバーター30に向けて延びている。図1では、インバーター30がモーターケース20の上方に配置されるので、これらのモーター電力線が上に延びている。また後述のように、U相モーター電力線11Uは、端子台40でU相インバーター電力線31Uに接続される。V相モーター電力線11Vは、端子台40でV相インバーター電力線31Vに接続される。W相モーター電力線11Wは、端子台40でW相インバーター電力線31Wに接続される。インバーター30からステーター10に三相交流電力が供給されると、ローターが回転する。反対に、ローターが回転すると、その回転力が回生電力としてインバーター30に流れる。
モーターケース20は、ステーター10及び不図示のローターを収装する。モーターケース20は、略円筒形である。モーターケース20には、ローターの回転軸方向の端面21に開口した溝22が掘られている。この溝22には、電気モーターを冷却するための冷却水が流れる。なお図1では、溝22は、モーターケース20の円周方向に所定長で形成されているが、この溝22に連続して、モーターケース20をローター軸方向に貫通する孔が形成されている。このように形成されているので、入口から流入した冷却水は、入口→円周方向→軸方向→反対面の円周方向→軸方向→・・・・・と一周して出口から流出する。
インバーター30は、モーターを制御する回路である。インバーター30は、不図示のバッテリーの直流電力を三相交流電力に変換して、モーターに供給する。またローターの回転力によって発生された回生電力(三相交流電力)を直流電力に変換して、バッテリー(不図示)に供給する。インバーター30は、U相インバーター電力線31Uと、V相インバーター電力線31Vと、W相インバーター電力線31Wとを備える。これらのインバーター電力線は、モーター(ステーター10)に向けて延びている。図1では、これらのインバーター電力線が下に延びている。
端子台40は、シール部材50を挟んでモーターケース20の端面21に取り付けられる。この実施形態では、端子台40は、ローターの回転軸方向のボルト61でモーターケース20に締結される。なおシール部材50は、モーターケース20に開口する溝22の周りを囲む形状である。
図2は本発明による電気モーターの冷却構造の主要な部品を示す縦断面図であり、図2(A)は全体図、図2(B)は図2(A)のB部拡大図である。
図2(A)にも示されるように、本発明による電気モーターの冷却構造1は、主に、ステーター10と、ローター100と、モーターケース20と、インバーター30と、端子台40と、を含む。
そして、ステーター10及びローター100は、モーターケース20に収装されている。またモーターケース20の前後には、フロントカバー25F及びリアカバー25Rが取り付けられる。フロントカバー25F及びリアカバー25Rの上にインバーター30が配置される。
また図2(B)に示されるように、シール部材50を挟んでモーターケース20の溝22を塞ぐように、端子台40が取り付けられる。端子台40は、電力線固定部41と、端子台ボディー42とを含む。
電力線固定部41には雌ネジが形成されており、この雌ネジにボルト62が締結される。ボルト62は、モーター電力線11及びインバーター電力線31を共締めする。端子台40に対してインバーター電力線31が重ねられ、さらにその上にモーター電力線11が重ねられた状態で、ボルト62が締結される。電力線固定部41及びボルト62は、炭素鋼などの金属で製造される。
端子台ボディー42は、たとえば樹脂製であって電気的に絶縁性である。端子台ボディー42は、電力線固定部41を鋳込んでいる。この端子台ボディー42がモーターケース20の溝22を塞ぐ。
図3は、端子台付近の横断面の拡大図である。
端子台40は、U相電力線固定部41Uと、V相電力線固定部41Vと、W相電力線固定部41Wと、端子台ボディー42とを含む。U相電力線固定部41Uは、ボルト62とともに、U相モーター電力線11U及びU相インバーター電力線31Uを共締めする。V相電力線固定部41Vは、ボルト62とともに、V相モーター電力線11V及びV相インバーター電力線31Vを共締めする。W相電力線固定部41Wは、ボルト62とともに、W相モーター電力線11W及びW相インバーター電力線31Wを共締めする。そして、端子台ボディー42が、U相電力線固定部41Uと、V相電力線固定部41Vと、W相電力線固定部41Wとを鋳込む。このような構造であるので、U相電力線固定部41U、V相電力線固定部41V、W相電力線固定部41Wは、互いに電気的に絶縁される。また端子台40には、金属カラー43が鋳込まれている。ボルト61は、この金属カラー43を挿通し、モーターケース20に締結される。
ユニットを小型化すべく、モーターとインバーターとを近接(一体化)させる構造が知られている。このような構造では、モーターとインバーターとを接続する電力線が短いので、モーターコイルの熱が電力線を介してインバーターへ伝わりやすい。伝わる熱量が多ければ、インバーター内部の半導体素子が故障する可能性がある。
これに対して本実施形態では、モーターケース20の端面21に開口する溝22を形成し、この溝22を、モーター電力線11及びインバーター電力線31を接続する端子台40で塞ぐことで、冷却水路を形成した。このようにしたので、冷却水路を流れる冷却水によって端子台40(モーター電力線11及びインバーター電力線31)が直接冷却されるため、モーターコイルの熱がインバーターの内部に伝わりにくい。
また本実施形態では、端子台40に対してインバーター電力線31が重ねられ、さらにその上にモーター電力線11が重ねられた状態で、ボルト62が締結される。このような構造であるので、端子台40に対してモーター電力線11を重ねてその上にインバーター電力線31を重ねる構造に比べて、インバーター電力線31が冷却されやすい。したがって、モーターコイルの熱がインバーターの内部に伝わりにくい。
またJP2010−268633Aの構造では、端子台と、水路が内蔵された冷却器とが、L字状の伝熱部材を介して接続されるので、各部品の精度のバラツキによっては、部品間に隙間ができる可能性があり、隙間ができれば、冷却器表面から端子台に伝わる熱抵抗が大きくなり、端子台に接続される電力線の冷却性能が悪くなる。
これに対して本実施形態では、端子台40にモーター電力線11及びインバーター電力線31を固定し、端子台40の下面と水路22の開口とを隣接させて、端子台40と水路22の開口周囲とを軸方向で締結することで、端子台40と水路22の開口周囲とを一方向で締結できる。
このため、JP2010−268633Aのように冷却器と端子台との間に介在する2つの平板部からなるL字状の伝熱部材を必要としないため部品公差によって発生する隙間を抑制することができる。したがって、熱抵抗を小さくして、端子台に接続される電力線の冷却性能を高めることができる。
すなわち途中に伝熱部材を介することなく、端子台が冷却水で直接冷却されるので、良好な冷却性能を得ることができるのである。
シール部材を挟んでモーターケースの端面に配置された端子台をボルト止めする。このようにシール部材があることから、冷却性能を満たしながら、溝の開口からの水漏れを防止することができる。
(第2実施形態)
図4は、本発明による電気モーターの冷却構造の第2実施形態を示す図であり、端子台付近の横断面の拡大図である。
図4は、本発明による電気モーターの冷却構造の第2実施形態を示す図であり、端子台付近の横断面の拡大図である。
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
本実施形態の端子台ボディー42は、蓋部421と、鋳込部422と、を含む。
蓋部421は、金属製である。蓋部421は、モーターケース20の溝22を塞ぐように配置される。蓋部421の上部は、根元から上方に向けて拡大するように形成されており、この楔形の部分に鋳込部422が入り込む。
鋳込部422は、U相電力線固定部41Uと、V相電力線固定部41Vと、W相電力線固定部41Wと、蓋部421の楔部分とを鋳込む。鋳込部422は、電気的に絶縁性であり、たとえば樹脂製である。
本実施形態によれば、金属製の蓋部421によって冷却水路が形成されて、樹脂部分(鋳込部422)には冷却水が当たらないので、樹脂部分(鋳込部422)の吸湿が回避される。したがって、本実施形態の端子台40は、強度・耐久性能に優れる。すなわち本実施形態によれば、長期間の使用に対しても絶縁信頼性が高い端子台を提供できるのである。
(第3実施形態)
図5は、本発明による電気モーターの冷却構造の第3実施形態を示す図であり、端子台付近の横断面の拡大図である。
図5は、本発明による電気モーターの冷却構造の第3実施形態を示す図であり、端子台付近の横断面の拡大図である。
本実施形態の端子台40は、電力線固定部41と蓋部421とで挟まれる絶縁部材43を含む。絶縁部材43は、たとえば樹脂製の薄板である。
第2実施形態の構成では、電力線固定部41と蓋部421との間にも鋳込部422の樹脂を流し込む必要があり、樹脂の流動を確保するために、電力線固定部41と蓋部421との間にある程度の隙間を設けなければならない。また電力線固定部41と蓋部421との間の樹脂の強度を確保するためにも、電力線固定部41と蓋部421との隙間を設けて、樹脂の厚みを確保する必要がある。
これに対して、この第3実施形態の構成であれば、絶縁部材43があるので、電力線固定部41と蓋部421との間に樹脂を流し込む必要が無く、電力線固定部41と蓋部421とを近接できる。近接できれば、熱の伝導性が上がるので、冷却性能が向上する。また電力線固定部41と蓋部421との間に樹脂が無いので、樹脂の強度確保という要求もない。
なお絶縁部材43は、鋳込部422よりも熱伝導率が高いことが望ましい。熱伝導率が高ければ、熱抵抗が小さくなり、電力線の昇温を抑制しやすいからである。
(第4実施形態)
図6は、本発明による電気モーターの冷却構造の第4実施形態を示す図であり、端子台付近の横断面の拡大図である。
図6は、本発明による電気モーターの冷却構造の第4実施形態を示す図であり、端子台付近の横断面の拡大図である。
この第4実施形態の端子台40は、U相電力線固定部41U、V相電力線固定部41V、W相電力線固定部41Wのみならず、中性点電力線固定部41Nをも含む。
このように構成すれば、モーターの最大発熱ポイントである中性点の熱も抜熱できるので、モーターの連続出力性能を向上できる。
(第5実施形態)
図7は、本発明による電気モーターの冷却構造の第5実施形態を示す図であり、端子台付近の縦断面の拡大図である。
図7は、本発明による電気モーターの冷却構造の第5実施形態を示す図であり、端子台付近の縦断面の拡大図である。
本実施形態の端子台40は、溝22を閉塞する面にフィン42aが形成されている。
このようにフィン42aを構成すれば、端子台40と冷却水との接触面積が増加するので、さらに良好な冷却性能を得ることができる。
なお第4実施形態の構成に、フィンを設ける場合には、三相電力線固定部に対応するフィンの長さ(高さ)よりも、中性点電力線固定部に対応するフィンの長さ(高さ)を大きくするとよい。このようにすれば、モーターの最大発熱ポイントである中性点の熱をさらに効率よく抜熱できるようになる。
以上、説明した電気モーターの冷却構造(1)は、ステーター(10)及びローターを収装するとともに、ローター軸方向の端面に開口する溝(22)が形成されるモーターケース(20)と、モーターケース(20)に取り付けられるモーター制御回路(30)と、溝(22)を塞いで、その溝(22)を冷却水が通流可能な冷却水路にするとともに、モーターの電力線(11)及びモーター制御回路(30)の電力線(31)を接続する端子台(40)と、を含む。このような構造にすることで、冷却水路を流れる冷却水によって端子台40(モーター電力線11及びインバーター電力線31)が直接冷却されるため、モーターコイルの熱がインバーターの内部に伝わりにくくなる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
たとえば、上記実施形態では、シール部材を挟んでモーターケースの端面に配置された端子台をボルト止めする構造を例示したが、このような構造には限られない。シール部材を設けずに、端子台をモーターケースに接着したり溶接してもよい。
また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
本願は、2012年9月21日に日本国特許庁に出願された特願2012−208456に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
Claims (8)
- ステーター及びローターを収装するとともに、ローター軸方向の端面に開口する溝が形成されるモーターケースと、
前記モーターケースに取り付けられるモーター制御回路と、
前記溝を塞いだ状態とすることで冷却水が通流可能な冷却水路を形成し、モーターの電力線及びモーター制御回路の電力線が接続される端子台と、
を含む電気モーターの冷却構造。 - 請求項1に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記モーターケースの溝の開口の周囲に設けられたシール部材をさらに含み、
前記端子台は、前記シール部材を挟んで、ローター軸方向の締結部材によって前記モーターケースに固定される、
電気モーターの冷却構造。 - 請求項1又は請求項2に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記端子台は、
前記溝を塞ぐ蓋部と、
モーターの電力線及びモーター制御回路の電力線を共締めするボルトが締結される雌ねじが形成された電力線固定部と、
前記蓋部及び電力線固定部を電気的に絶縁して一体化させる結合部と、を含む、
電気モーターの冷却構造。 - 請求項3に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記端子台は、前記蓋部及び電力線固定部に挟まれる絶縁部材をさらに含む、
電気モーターの冷却構造。 - 請求項4に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記絶縁部材は、前記結合部よりも熱伝導率が高い、
電気モーターの冷却構造。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記端子台は、前記冷却水路に臨むフィンを含む、
電気モーターの冷却構造。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記端子台は、さらにモーター中性点が接続される、
電気モーターの冷却構造。 - 請求項7に記載の電気モーターの冷却構造において、
前記端子台は、
モーターの電力線及びモーター制御回路の電力線が接続される箇所に対応して設けられて前記冷却水路に臨む第1のフィンと、
モーター中性点が接続される箇所に対応して設けられて前記冷却水路に臨み、前記第1のフィンよりも長さが長い第2のフィンと、を含む、
電気モーターの冷却構造。
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