JP6477251B2 - 機電一体型モータ装置 - Google Patents

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本発明は、機電一体型モータ装置に関する。
従来から、モータとインバータ(電力変換装置)とをハウジングに収容することにより、モータとインバータとを一体に設けた車両用インバータ一体型電動コンプレッサが公知である(特許文献1等を参照)。この特許文献1に記載された電動コンプレッサにおいては、ハウジングの上側に取付座を形成し、この取付座の上にバスバーアッセンブリを組み付けている。このバスバーアッセンブリの形状や大きさが変更されると、取付座を一体形成したハウジングも別のものに変更する必要があった。
ここで、取付座の代わりに平板状のトレーを設けると、バスバーアッセンブリの形状や大きさが変更された場合でも、トレーのみを変更すればよいため、ハウジングを変更する必要がないというメリットがある。
特開2005−036773号公報
しかしながら、前記の従来技術では、重量物であるインバータをトレーに搭載する構造になっているため、トレーの厚さを厚くしてトレーの剛性を向上させる必要があった。このため、トレーの重量およびモータ装置の重量が増加するという問題があった。
そこで、本発明は、重量増加を抑制させつつトレーの剛性を向上させることができる機電一体型モータ装置を提供することを目的とする。
本発明に係る機電一体型モータ装置においては、モータ、インバータおよびトレーを備え、モータとインバータとを一体に構成している。インバータは、スイッチング素子バスバーと、コンデンサバスバーとを連結して構成される。また、トレーには、インバータが設けられる。トレーの表面からのスイッチング素子バスバーの高さについて、複数のスイッチング素子バスバーのうちの少なくとも一つの所定のスイッチング素子バスバーは、所定のスイッチング素子バスバー以外の他のスイッチング素子バスバーに対して異なった高さに配置されている。
本発明に係る機電一体型モータ装置によれば、トレーに曲げ荷重が入力され、所定のスイッチング素子バスバーに引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かると、他のスイッチング素子バスバーには所定のスイッチング素子バスバーとは逆方向の引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かる。このように、所定のスイッチング素子バスバーの荷重と他のスイッチング素子バスバーの荷重とが相殺されることによって、トレーに入力される曲げ荷重の負担分が減少する。従って、重量増加を抑制させつつトレーの剛性を向上させることができ、これに伴って機電一体型モータ装置全体の重量増加を抑制することができる。
本発明の第1の実施形態に係る機電一体型モータ装置を示す断面図である。 図1のトレーユニットを示す斜視図である。 本図のうち、(a)は図2のトレーユニットを側方から見た側面図、(b)は図3(a)のトレーユニットを上方から見た平面図、(c)は図3(b)のトレーユニットを前方から見た正面図である。 本発明の第2の実施形態に係るトレーユニットを示す斜視図である。 図4のトレーユニットを上方から見た平面図である。 他の実施形態に係るスイッチングモジュールを示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。なお、図面において便宜上、モータの筐体の中心軸CLに沿った方向を前後方向とし、その前後方向のうち平滑コンデンサ側を前方とし、スイッチングモジュール側を後方とする。また、前後方向に直交する方向を側方とする。
[第1実施形態]
図1〜図3を用いて、本発明の第1実施形態に係る機電一体型モータ装置を説明する。
第1実施形態に係る機電一体型モータ装置1は、駆動力を発生するモータと、インバータ3(電力変換装置)と、インバータ3が搭載されると共に、モータとインバータ3との間に配置されるトレー5と、を備えている。これらのインバータ3とトレー5を一体化したものをトレーユニット7と呼ぶこととする。
インバータ3は、直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子9を有するスイッチングモジュール11と、モータへの給電電力を平滑化する平滑コンデンサ13(コンデンサ)と、から構成される。さらに、インバータ3は、複数のスイッチング素子9と平滑コンデンサ13との間に設けられると共に、複数のスイッチング素子9と平滑コンデンサ13とを連結する複数のバスバー15を備えている。第1実施形態に係る機電一体型モータ装置1は、モータおよびインバータ3を同一のハウジング17の内部に収容することにより、モータおよびインバータ3を一体に構成している。
ハウジング17は、中心軸CLに沿って前後方向に沿って延在しており、ハウジング17の内部には、回転軸が中心軸CLに沿って配置された図外のモータが収容されている。ハウジング17の上部には、周縁に沿って外周壁19が形成されている。この外周壁19は、上方に向けて凸状に形成されている。
カバー21は、蓋状に形成され、トレー5上のインバータ3を覆うように配設される。具体的には、トレー5の上面5aに沿って平面状に延在する上壁23と、上壁23の周縁で屈曲して下方に延びる側壁25と、から断面U字状に形成され、カバー21の下側が開口されている。
トレー5は、平面視が矩形状に形成された平面板である。上面5aには、前方側に平滑コンデンサ13(コンデンサ)が搭載されており、後方側にはスイッチングモジュール11が搭載され、これらの平滑コンデンサ13とスイッチングモジュール11とは所定間隔をおいて前後方向に離間して配置されている。
スイッチングモジュール11の内部には、複数のスイッチング素子9が収容して配設されている。これら複数のスイッチング素子9のそれぞれには、スイッチング素子バスバー27が接続されている。つまり、1つのスイッチング素子9には1つのスイッチング素子バスバー27が接続されている。また、スイッチングモジュール11は、ボックス状に形成されており、前壁11aは平面状に形成されており、スイッチング素子バスバー27が前壁11aから前方に向けて突出している。
図3(b)に示すように、具体的には、スイッチング素子バスバー27は、第1のスイッチング素子バスバー31と、第2のスイッチング素子バスバー32と、第3のスイッチング素子バスバー33と、第4のスイッチング素子バスバー34と、第5のスイッチング素子バスバー35と、第6のスイッチング素子バスバー36と、からなる。なお、それぞれのスイッチング素子9は、全てトレー5の上面5aに固定されている。つまり、スイッチング素子9の全ては、スイッチングモジュール11で一体に固定された状態で、トレー5の上面5aに結合されている。また、スイッチングモジュール11自体もトレー5の上面5aに結合されている。
また、平滑コンデンサ13(コンデンサ)は、ボックス状に形成されており、後壁13aは平面状に形成されており、コンデンサバスバー40が後壁13aから後方に向けて突出している。具体的には、コンデンサバスバー40は、第1のコンデンサバスバー41と、第2のコンデンサバスバー42と、第3のコンデンサバスバー43と、第4のコンデンサバスバー44と、第5のコンデンサバスバー45と、第6のコンデンサバスバー46と、からなる。なお、平滑コンデンサ13もトレー5の上面5aに結合されている。
前記スイッチング素子バスバー27の先端は、コンデンサバスバー40の先端に突き合わされ、この突き合わされた接続部位47を介してスイッチング素子バスバー27とコンデンサバスバー40とが接合されている。具体的には、前記第1のスイッチング素子バスバー31の先端は、第1のコンデンサバスバー41の先端に突き合わされ、この突き合わされた接続部位47を介して接合されている。以下、同様に、第2のスイッチング素子バスバー32の先端は、第2のコンデンサバスバー42の先端に接合され、第3のスイッチング素子バスバー33の先端は、第3のコンデンサバスバー43の先端に接合される。第4のスイッチング素子バスバー34の先端は、第4のコンデンサバスバー44の先端に接合され、第5のスイッチング素子バスバー35の先端は、第5のコンデンサバスバー45の先端に接合され、第6のスイッチング素子バスバー36の先端は、第6のコンデンサバスバー46の先端に接合されている。
また、図2および図3(b)に示すように、第1〜第6のスイッチング素子バスバー31〜36は、トレー5の上面5a(表面)に沿って側方に向けて等間隔に並設されている。第1〜第6のコンデンサバスバー41〜46は、トレー5の上面5a(表面)に沿って側方に向けて等間隔に並設されている。
前記第1のスイッチング素子バスバー31および第1のコンデンサバスバー41の高さはHaである。また、前記第3のスイッチング素子バスバー33および第3のコンデンサバスバー43の高さもHaであり、前記第5のスイッチング素子バスバー35および第5のコンデンサバスバー45の高さもHaである。即ち、これらの高さは同じHaである。
前記第2のスイッチング素子バスバー32および第2のコンデンサバスバー42の高さはHbである。また、前記第4のスイッチング素子バスバー34および第4のコンデンサバスバー44の高さもHbであり、前記第6のスイッチング素子バスバー36および第6のコンデンサバスバー46の高さもHbである。即ち、これらの高さは全て、Haよりも低いHbである。
このように、トレー5の上面5aからのバスバーの高さについて、複数のバスバーのうちの少なくとも一つの所定のバスバー(第1のスイッチング素子バスバー31および第1のコンデンサバスバー41、第3のスイッチング素子バスバー33および第3のコンデンサバスバー43、第5のスイッチング素子バスバー35および第5のコンデンサバスバー45)は、所定のバスバー以外の他のバスバー(第2のスイッチング素子バスバー32および第2のコンデンサバスバー42、第4のスイッチング素子バスバー34および第4のコンデンサバスバー44、第6のスイッチング素子バスバー36および第6のコンデンサバスバー46)に対して異なった高さ位置に配設されている。
また、並設方向に沿った中央側に配置された所定のバスバー(例えば、第3のスイッチング素子バスバー33および第3のコンデンサバスバー43)の高さを、並設方向に沿った両端側に配置された他のバスバー(例えば、第6のスイッチング素子バスバー36および第6のコンデンサバスバー36)の高さに対して異なるように配置している。
即ち、本実施形態では、並設方向(側方)に隣接するバスバー同士の高さ位置が並設方向に沿って互い違いに設定されている。
以下に、第1の実施形態による作用効果を説明する。
(1)第1の実施形態に係る機電一体型モータ装置1は、
駆動力を発生するモータと、
直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子9と、モータへの給電電力を平滑化する平滑コンデンサ13(コンデンサ)と、複数のスイッチング素子9と平滑コンデンサ13との間に設けられると共に、複数のスイッチング素子9と平滑コンデンサ13とを連結する複数のバスバー15と、を有するインバータ3と、
インバータ3が設けられると共に、モータとインバータ3との間に配置されるトレー5と、を備え、モータとインバータ3とを一体に構成している。
複数のスイッチング素子9及びコンデンサは、トレー5に結合され、複数のバスバーは、前記トレー5の上面(表面)に沿って並設されている。トレー5の上面5aからのバスバー15の高さについて、複数のバスバー15のうちの少なくとも一つの所定のバスバーは、所定のバスバー以外の他のバスバーに対して異なった高さ位置に配設されている。
本実施形態においては、トレー5上に配置される複数のバスバー15のうちの少なくとも一つの所定のバスバーは、所定のバスバー以外の他のバスバーに対して異なった高さ位置に配設される。
従って、トレー5に曲げ荷重(曲げモーメント)が入力され、所定のバスバーに引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かると、他のバスバーには所定のバスバーに加わる荷重と逆の引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かる。このように、所定のバスバーの荷重と他のバスバーの荷重とが相殺されることによって、トレー5に入力される曲げ荷重の負担分が減少する。従って、トレー5の厚さを厚くすることを抑制し、これに伴って機電一体型モータ装置1の全体の重量増加を抑制することができる。
(2)複数のバスバー15のうち所定のバスバーは、並設方向に沿った中央側に配置されたバスバーであり、他のバスバーは、並設方向に沿った両側に配置されたバスバーである。
並設方向に沿った中央側のバスバーの高さ位置が、両側のバスバーに対して異なった高さ位置に配設されている。従って、中央側のバスバーに引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かると、両側のバスバーには所定のバスバーに加わる荷重と逆の引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かるので、バスバー全体として、引っ張りと圧縮の荷重発生部位が並設方向に沿ってバランスよく配置される。以上より、トレー5の厚さ拡大をさらに抑制し、機電一体型モータ装置1の全体の重量増加をさらに抑制することができる。
(3)並設方向(側方)に隣接するバスバー同士の高さ位置が並設方向に沿って互い違いに設定されている。
従って、所定のバスバーに引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かると、所定のバスバーに隣接する他のバスバーには所定のバスバーに加わる荷重と逆の引っ張りもしくは圧縮荷重が掛かるので、並設方向に沿ったバスバーのそれぞれに引っ張りと圧縮の荷重が交互に作用する。よって、バスバー全体として、引っ張りと圧縮の荷重発生部位が並設方向に沿ってさらにバランスよく配置される。以上より、トレー5の厚さ拡大をさらに抑制し、機電一体型モータ装置1の全体の重量増加をさらに抑制することができる。
[第2実施形態]
次に、図4〜図5を用いて、本発明の第2実施形態に係る機電一体型モータ装置について説明するが、前述した第1実施形態と同一構成部位には同一符号を付けて、説明を省略する。
第1実施形態では、図3に示すように、スイッチング素子バスバー27の先端は、コンデンサバスバー40の先端に突き合わされ、この突き合わされた接続部位47を介してスイッチング素子バスバー27とコンデンサバスバー40とが接合されている。そして、図3(b)に示すように、6つの接続部位47は、全て同一直線上に配置されている。即ち、第1実施形態では、6つの接続部位47は、バスバー15の延在方向である前後方向において、全て同じ位置に配置されている。特に、第1実施形態では、スイッチング素子バスバー27の前壁11aからの突出長さは、コンデンサバスバー40の後壁13aからの突出長さと同じに設定されている。
第2実施形態では、図4,5に示すように、バスバー115を平面視で見た場合に、スイッチング素子バスバー127とコンデンサバスバー140との接続部位について、複数のバスバーのうちの少なくとも一つの所定のバスバーの接続部位は、所定のバスバー以外の他のバスバーの接続部位に対してバスバー115の延在方向(前後方向)において異なった位置に配置されている。
具体的には、第2実施形態に係るトレーユニット107において、スイッチング素子バスバー127は、第1のスイッチング素子バスバー131と、第2のスイッチング素子バスバー132と、第3のスイッチング素子バスバー133と、第4のスイッチング素子バスバー134と、第5のスイッチング素子バスバー135と、第6のスイッチング素子バスバー136と、からなる。
また、コンデンサバスバー140は、第1のコンデンサバスバー141と、第2のコンデンサバスバー142と、第3のコンデンサバスバー143と、第4のコンデンサバスバー144と、第5のコンデンサバスバー145と、第6のコンデンサバスバー146と、からなる。
本実施形態では、所定のバスバー115の接続部位47(例えば、第1のスイッチング素子バスバー131と第1のコンデンサバスバー141とが接続される接続部位)は、所定のバスバー以外の他のバスバーの接続部位47(例えば、第2のスイッチング素子バスバー132と第2のコンデンサバスバー142とが接続される接続部位)に対してバスバー115の延在方向において異なった位置に配置されている。
さらに詳細に説明すると、並設方向に隣接するバスバー同士の接続部位47の位置が並設方向に沿って互い違いに設定されている。
即ち、第1のスイッチング素子バスバー131と第1のコンデンサバスバー141とが接続される接続部位47と、第2のスイッチング素子バスバー132と第2のコンデンサバスバー142とが接続される接続部位47とは、側方に沿って隣接しており、両者の接続部位47,47は、前後方向(バスバー115の延在方向)に沿って互い違いに設定されている。
以下同様に、第3のスイッチング素子バスバー133と第3のコンデンサバスバー143とが接続される接続部位47、第4のスイッチング素子バスバー134と第4のコンデンサバスバー144とが接続される接続部位47、第5のスイッチング素子バスバー135と第5のコンデンサバスバー145とが接続される接続部位47、第6のスイッチング素子バスバー136と第6のコンデンサバスバー146とが接続される接続部位47について、側方(並設方向)にいくにつれて接続部位47は前後方向に互い違いに設定されている。なお、バスバーの高さ位置については、前述した第1実施形態と同じ構成になっている。
以下、第2実施形態による作用効果を説明する。
(1)バスバー115を平面視で見た場合に、スイッチング素子バスバー127とコンデンサバスバー140との接続部位47について、複数のバスバー115のうちの少なくとも一つの所定のバスバーの接続部位は、所定のバスバー以外の他のバスバーの接続部位に対してバスバー115の延在方向(前後方向)において異なった位置に配置されている。
ここで、所定のバスバーの接続部位が、他のバスバーの接続部位に対してバスバーの延在方向において同じ位置に配置されている場合は、バスバー115の全体に曲げ荷重が掛かると、バスバー115の接続部位を境にして折れ曲がる変形が起こりやすい。従って、バスバー全体に曲げ荷重が掛かった場合に、バスバー115が折れ曲がりやすい接続部位を並設方向で異ならせることによって、バスバー全体の曲げ強度が増大する。以上より、トレー5の厚さの拡大を抑制してトレー5の剛性を保持でき、モータ装置全体の重量増加をさらに抑制することができる。
(2)複数のバスバー115を平面視で見た場合に、スイッチング素子バスバー127とコンデンサバスバー140との接続部位47について、並設方向に隣接するバスバー同士の接続部位47の位置が並設方向に沿って互い違いに設定されている。
並設方向に隣接するバスバー同士の接続部位47の位置が互い違いに設定されている。従って、バスバー全体に曲げ荷重が掛かった場合に、バスバー115が折れ曲がりやすい接続部位を並設方向で交互に異ならせることによって、バスバー全体の曲げ強度がさらに増大する。以上より、トレー5の厚さの拡大を抑制してトレー5の剛性を保持でき、モータ装置全体の重量増加をさらに抑制することができる。
[他の実施形態]
ところで、本発明の機電一体型モータ装置は前述の第1、第2実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。以下、図6を用いて他の実施形態に係るスイッチングモジュール211を説明する。
第1および第2実施形態においては、スイッチングモジュール11に設けたスイッチング素子9がトレー5の上面5aに直接的に結合されている。
しかし、他の実施形態では、スイッチング素子9がトレー5の上面5aに直接的に結合されていない。つまり、図6に示すスイッチングモジュール211は、下側に配置された平面状の下側ボード220と、上側に配置された平面状の上側ボード221と、これらの下側ボード220と上側ボード221との間に挟持されたスイッチング素子9と、スイッチング素子9に接続され、端部が下側ボード220および上側ボード221よりも外周側に突き出たバスバー222と、図示しない信号線と、を備えている。このように、スイッチング素子9は、下側ボード220を介してトレー5の上面5aに間接的に結合されている。
バスバー222は、後方に向けて延びており、側方に沿って3つのバスバー222が配設されている。具体的には、バスバー222は、第1バスバー301、第2バスバー302、第3バスバー303からなる。ここで、下側ボード220の下面を基準とする第2バスバー302の高さhaは、第1バスバー301の高さhbよりも高く設定されている。なお、下側ボード220および上側ボード221の角部は、リベット304で結合されている。
なお、上述の実施形態においては、スイッチング素子を一体にして設けるスイッチングモジュールとして構成していたが、必ずしもそれに限らず、スイッチング素子を一体とせず、トレー上にそれぞれ設けるようにしもよい。さらに加えて、上述の実施形態では、バスバーを、スイッチングモジュールから突出するものとして記載したが、必ずしもそれに限らず、スイッチング素子をモジュールとしない場合は、スイッチング素子のそれぞれから外側に突出するようにしても良い。
なお、本発明においては、モータとインバータ3とを一つのハウジング17(筐体)に設ける場合、モータにて発生した熱がインバータ3に伝わることがあって、この熱によりインバータ3に流れる電流の検出に誤差を伴うことがある。しかしながら、前述した本発明の実施形態においては、バスバー15,115が効果的に冷却されるため、インバータ3に流れる電流の検出において、誤差を抑制することができる。
1 機電一体型モータ装置
3 インバータ
5 トレー
5a トレーの上面(表面)
9 スイッチング素子
13 平滑コンデンサ(コンデンサ)
15,115 バスバー
27,127 スイッチング素子バスバー
31 第1のスイッチング素子バスバー(スイッチング素子バスバー)
32 第2のスイッチング素子バスバー(スイッチング素子バスバー)
33 第3のスイッチング素子バスバー(スイッチング素子バスバー)
34 第4のスイッチング素子バスバー(スイッチング素子バスバー)
35 第5のスイッチング素子バスバー(スイッチング素子バスバー)
36 第6のスイッチング素子バスバー(スイッチング素子バスバー)
40,140 コンデンサバスバー
41 第1のコンデンサバスバー(コンデンサバスバー)
42 第2のコンデンサバスバー(コンデンサバスバー)
43 第3のコンデンサバスバー(コンデンサバスバー)
44 第4のコンデンサバスバー(コンデンサバスバー)
45 第5のコンデンサバスバー(コンデンサバスバー)
46 第6のコンデンサバスバー(コンデンサバスバー)
47 接続部位
222 バスバー
301 第1バスバー(バスバー)
302 第2バスバー(バスバー)
303 第3バスバー(バスバー)

Claims (5)

  1. 駆動力を発生するモータと、
    直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに接続されるスイッチング素子バスバーと、を有するスイッチングモジュールと、
    前記モータへの給電電力を平滑化するコンデンサと、前記コンデンサに接続される複数のコンデンサバスバーと、を有する平滑コンデンサと、
    前記複数のスイッチング素子バスバー前記複数のコンデンサバスバーとを連結して構成されるインバータと、
    前記インバータが設けられると共に、前記モータとインバータとの間に配置されるトレーと、
    を備え、モータとインバータとを一体に構成する機電一体型モータ装置において、
    前記スイッチングモジュール及び前記コンデンサは、前記トレーに結合されており、
    前記複数のスイッチング素子バスバーは、前記トレーの表面に沿って並設されており、
    前記トレーの表面からのスイッチング素子バスバーの高さについて、複数のスイッチング素子バスバーのうちの少なくとも一つの所定のスイッチング素子バスバーは、所定のスイッチング素子バスバー以外の他のスイッチング素子バスバーに対して異なった高さ位置に配設されたことを特徴とする機電一体型モータ装置。
  2. 前記複数のスイッチング素子バスバーのうち前記所定のスイッチング素子バスバーは、並設方向に沿った中央側に配置されたスイッチング素子バスバーであり、前記他のスイッチング素子バスバーは、並設方向に沿った両側に配置されたスイッチング素子バスバーであることを特徴とする請求項1に記載の機電一体型モータ装置。
  3. 前記複数のスイッチング素子バスバーのうち前記他のスイッチング素子バスバーは、並設方向に沿って前記所定のスイッチング素子バスバーに隣接するスイッチング素子バスバーであり、
    並設方向に隣接するスイッチング素子バスバー同士の高さ位置が並設方向に沿って互い違いに設定されたことを特徴とする請求項1または2に記載の機電一体型モータ装置。
  4. 記スイッチング素子バスバーと前記コンデンサバスバーとは、接続部位において互いに接合され、
    前記複数のスイッチング素子バスバー及び前記複数のコンデンサバスバーを平面視で見た場合に、
    前記スイッチング素子バスバーとコンデンサバスバーとの接続部位について、
    複数のスイッチング素子バスバーのうちの少なくとも一つの所定のスイッチング素子バスバーの接続部位は、所定のスイッチング素子バスバー以外の他のスイッチング素子バスバーの接続部位に対して当該スイッチング素子バスバーの延在方向において異なった位置に配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の機電一体型モータ装置。
  5. 前記複数のスイッチング素子バスバー及び前記複数のコンデンサバスバーを平面視で見た場合に、
    前記スイッチング素子バスバーとコンデンサバスバーとの接続部位について、
    並設方向に隣接するバスバー同士の接続部位の位置が並設方向に沿って互い違いに設定されたことを特徴とする請求項4に記載の機電一体型モータ装置。
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