JP6582468B2 - 回転電機構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機と電力変換装置とを備える回転電機構造に関する。

下記特許文献１には、回転電機を有するモータ部と電力変換装置を有するインバータ部とが、一つのハウジングを共有することで一体化された技術が開示されている。インバータ部は、インバータ部品として、パワー半導体素子を収容するパワーモジュール、平滑コンデンサ、モータ制御基板などを備えている。ハウジングには、モータ部とインバータ部とを冷却する共有の冷却用水路が設けられている。

特開２０１１−１８２４８０号公報

特許文献１では、共有の冷却用水路によって、モータ部とインバータ部との双方を冷却している。この場合、冷却用水路からハウジング内への冷却水の漏れに関しては高い信頼性が必要となる。

そこで、本発明は、回転電機構造のハウジング内への冷却媒体の漏れを抑制することを目的としている。

本発明は、ハウジングの電力変換装置収容部に収容され、電力変換装置が取り付けられる取付部材と、取付部材に設けられて電力変換装置を冷却する冷却媒体通路と、冷却媒体通路に連通するハウジング冷却媒体通路と、を有する。冷却媒体通路のハウジング冷却媒体通路との接続部は、冷却媒体の入口と出口とのいずれか一方に連通する外側通路と、冷却媒体の入口と出口とのいずれか他方に連通し、外側通路の内側に位置する内側通路と、を備える二重管構造であることを特徴とする。

本発明によれば、内側通路を流れる冷却媒体は、例え漏れたとしても外側通路に流出するので、ハウジング内への漏れを抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係わる回転電機構造の分解斜視図である。 図１の回転電機構造の組み付付け状態の斜視図である。 図２の冷却構造部周辺を示すＡ−Ａ断面図である。 図２の冷却構造部周辺を示すＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２の実施形態を示し、（ａ）は複数の連通孔を備える内壁板をベース板に取り付けた状態を示す底面図、（ｂ）は、（ａ）のベース板にさらに外壁板を取り付けた状態を示す底面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる回転電機構造の分解斜視図で、図２は組み付付け状態の回転電機構造の斜視図である。回転電機構造のハウジング１は、大略円筒形状のモータ部３と、モータ部３の円筒形状部分の図１中で上部側の側部に一体的に設けられて大略直方体形状のインバータ部５とを備えている。

モータ部３内には、回転電機としてのモータ７が収容され、インバータ部５内には、電力変換装置としてのインバータを含むインバータモジュール９が収容される。したがって、モータ部３は回転電機収容部を構成し、インバータ部５は電力変換装置収容部を構成する。インバータモジュール９をインバータ部５内に収容した状態で、カバー１１を、インバータ部５の開口部に、図示しないボルトを用いて固定して図２の状態となる。

インバータモジュール９は、トレー１３のベース板１４上にインバータ部品を取り付けている。インバータ部品は、平滑コンデンサ１５、パワー半導体素子を備えるパワーモジュール１７、ドライバ基板１９などを備え、これらの部品によってインバータを構成する。トレー１３のインバータ部品と反対側には、冷却構造部２１を設けている。ベース板１４は、インバータ部５の開口部周縁に設けてある段差部５ａに載せた状態で、図示しないねじなどを用いてインバータ部５に固定する。

冷却構造部２１は、図３、図４に示すように、ベース板１４のモータ部３側に取り付けられる内壁板２３と、内壁板２３を覆うようにして内壁板２３の外側でベース板１４のモータ部３側に取り付けられる外壁板２５と、を備えている。内壁板２３及び外壁板２５は、内壁部材及び外壁部材をそれぞれ構成する。金属製のベース板１４に、プレス成形などで製造した内壁板２３及び外壁板２５を、ろう付け、溶接、接着、ボルト固定などによって取り付ける。ベース板１４、内壁板２３、外壁板２５により、電力変換装置が取り付けられる取付部材を構成している。なお、図３では、インバータ部品は省略している。

内壁板２３は、ベース板１４に固定される周縁フランジ２３ａと、周縁フランジ２３ａの内端に連続して周囲四方に設けられる側壁２３ｂと、側壁２３ｂの下端に連続する底壁２３ｃと、を備えている。底壁２３ｃの図４中で左側に位置する一方の端部付近に、内管２３ｄを設けている。内管２３ｄは、底壁２３ｃと一体成形されたものでもよく、別体として底壁２３ｃに溶接などによって固定してもよい。

外壁板２５は、周縁フランジ２３ａの外側でベース板１４に固定される周縁フランジ２５ａと、周縁フランジ２５ａの内端に連続して周囲四方に設けられる側壁２５ｂと、側壁２５ｂの下端に連続する底壁２５ｃと、を備えている。底壁２５ｃの図４中で左側に位置する一方の端部付近に、外管２５ｄを設けている。外管２５ｄは、内管２３ｄの外側を覆っている。外管２５ｄは、底壁２５ｃと一体成形されたものでもよく、別体として底壁２５ｃに溶接などによって固定してもよい。

内壁板２３と外壁板２５との間には、第１媒体通路としての入口冷却水空間２７が形成される。内壁板２３とベース板１４との間には、第２媒体通路としての出口冷却水空間２９が形成される。したがって、内壁板２３は、入口冷却水空間２７と出口冷却水空間２９との間に位置する仕切壁となり、内壁板２３を間にして、モータ７側に入口冷却水空間２７が位置し、インバータ側に出口冷却水空間２９が位置する。

内壁板２３における底壁２３ｃの図４中で右側に位置する他方の端部付近には、連通孔２３ｈが形成されている。連通孔２３ｈは、入口冷却水空間２７と出口冷却水空間２９とを互いに連通する連通路を構成している。連通路と第１媒体通路と第２媒体通路とで、冷却媒体通路を構成している。

図３、図４に示すように、モータ部３とインバータ部５との間には、隔壁３１を設けている。隔壁３１の内管２３ｄ及び外管２５ｄに対応する位置には、配管接続部３３を設けている。配管接続部３３は、中心部に貫通孔３５を形成してあり、貫通孔３５に内管２３ｄを密閉状態で挿入固定している。貫通孔３５の周囲には、ベース板１４側に開口する環状の凹部３７を形成している。凹部３７に外管２５ｄを密閉状態で挿入固定している。

貫通孔３５は、モータ部３の壁部内に形成してあるハウジング冷却媒体通路としてのハウジング冷却水通路３９に連通接続される。ハウジング冷却水通路３９を、冷却媒体としての冷却水が流れることでモータ７が冷却される。モータ７を冷却した冷却水は、図１に示すモータ部３の冷却水排出配管４１から外部に排出される。

図３に示すように、隔壁３１には、凹部３７に一端が連通する冷却水導入通路４３を形成してある。冷却水導入通路４３の他端は、ハウジング１の外部に開口して冷却水導入配管４５に接続され、冷却水導入配管４５には図示しない冷却水ポンプが接続される。

よって、冷却水ポンプから冷却水導入配管４５に送られる冷却水は、冷却水導入通路４３を経て、内管２３ｄと外管２５ｄとの間の外側通路４７、入口冷却水空間２７、連通孔２３ｈ、出口冷却水空間２９、内管２３ｄ内の内側通路４９、貫通孔３５、ハウジング冷却水通路３９、冷却水排出配管４１の順に流れる。

冷却水が、入口冷却水空間２７や出口冷却水空間２９を流れることで、パワーモジュール１７などのインバータ部品が冷却される。さらに、冷却水が、ハウジング冷却水通路３９を流れることで、モータ７が冷却される。

本実施形態は、冷却媒体通路を構成する入口冷却水空間２７及び出口冷却水空間２９の、インバータ部品と反対側に位置するハウジング冷却水通路３９との接続部は、内管２３ｄと外管２５ｄとを備える二重管構造となっている。換言すれば、二重管構造は、ハウジング１における冷却水の入口となる冷却水導入配管４５に連通する外側通路４７と、冷却水の出口となる冷却水排出配管４１に連通する内側通路４９とを備えている。内側通路４９は外側通路４７の内側に位置している。

このため、内側通路４９から貫通孔３５に向けて流れる冷却水が、内管２３ｄと貫通孔３５との接続部から例え外側に漏れたとしても、漏れた冷却水は、外側通路４７に流出し、ハウジング１のインバータ部５内（冷却構造部２１の外側のインバータ部５内）への流出は抑制できる。これにより、内管２３ｄと貫通孔３５との接続部におけるシール構造は簡素化できる。

シール構造の簡素化としては、例えば、Ｏリングなどのシール部材を使用せず、内管２３ｄを貫通孔３５に密閉状態で挿入するだけでよい。外管２５ｄと凹部３７との接続部におけるシール構造は、Ｏリングなどのシール部材を使用して密閉度をより高める。

本実施形態は、トレー１３の冷却媒体通路は、内壁板２３を間にモータ７側に位置して外側通路４７に連通する入口冷却水空間２７と、内壁板２３を間にインバータ側に位置して内側通路４９に連通する冷却水空間２９と、内壁板２３に設けられ、入口冷却水空間２７と出口冷却水空間２９とを連通する連通孔２３ｈと、を有する。

このため、外側通路４７から入口冷却水空間２７に流入した冷却水を、連通孔２３ｈを通して出口冷却水空間２９に流入させてインバータ部品を冷却することができる。冷却後の冷却水は、出口冷却水空間２９から内側通路４９を通してハウジング冷却水通路３９に向けて流すことができる。

本実施形態は、トレー１３は、インバータ部品が取り付けられるベース板１４と、ベース板１４のモータ部３側に取り付けられてベース板１４との間に出口冷却水空間２９を形成し、連通孔２３ｈを備える内壁板２３と、内壁板２３のベース板１４と反対側に取り付けられて内壁板２３との間に入口冷却水空間２７を形成する外壁板２５と、を有する。

このため、冷却構造部２１は、ベース板１４に内壁板２３及び外壁板２５を順次重ね合わせるという簡素な構造で、ハウジング１側の配管接続部３３に接続する接続部を二重管構造とすることができる。

図５（ａ）は、ベース板１４に第２の実施形態による内壁板２３Ａを取り付けた状態を示す底面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のベース板１４にさらに図３、図４と同様の外壁板２５を取り付けた状態を示す底面図である。第２の実施形態は、内壁板２３Ａに複数の連通孔２３Ａｈを連通路として設けている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態は、外側通路４７から入口冷却水空間２７に流入した冷却水が、図５（ｂ）の破線矢印で示すように、複数の連通孔２３Ａｈに向けて個別に流れる。さらに、複数の連通孔２３Ａｈから出口冷却水空間２９に流出した冷却水は、図５（ａ）の破線矢印で示すように、複数の連通孔２３Ａｈから内管２３Ａｄの内側通路４９に向けて個別に流れる。

このように、第２の実施形態は、入口冷却水空間２７及び出口冷却水空間２９内を流れる冷却水は、分散することになり、全体として流れの均一化を図ることができる。これにより、トレー１３に取り付けてある複数のインバータ部品は、位置による冷却性のばらつきが抑制されて冷却効果が均一化され、全体として冷却効果が高まる。

ハウジング１の配管接続部３３は、冷却構造部２１への冷却水の入口部分と出口部分とが同一位置となるので、入口部分と出口部分とが別の位置にある場合に比較して、設置位置に制約が発生する場合がある。このため、入口冷却水空間２７及び出口冷却水空間２９内での冷却水の流れが、淀みを有するものとなって最適なものにできない恐れがある。そこで、第２の実施形態のように、連通孔２３Ａｈを複数設けることで、冷却水の流れをより均一化して淀みを抑制することができる。

インバータ部品をトレー１３によりモジュール化してインバータモジュール９とした利点は、以下のとおりである。
（１）インバータモジュール９内の電子部品を含むインバータ部品の変更、交換が容易となる。このとき、ハウジング１の形状などの変更は不要であり、部品変更、交換のみの小変更で済み。コスト低下に寄与できる。
（２）回転電機構造におけるインバータに対するメンテナンス時に、ユニット単位（インバータモジュール９）での交換が可能となり、メンテナンス作業が容易となる。
（３）インバータモジュール９を単体のインバータとして利用することができる。この場合、一種類のインバータモジュール９を複数の機器に適用することもでき、利便性が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含む。

例えば、第１の実施形態における図３に示す内管２３ｄの内側通路４９を、ハウジング冷却水通路３９に接続せずに冷却水導入通路４３に接続し、外管２５ｄの外側通路４７を冷却水導入配管４３に接続せずにハウジング冷却水通路３９に接続してもよい。

この場合、冷却水ポンプから冷却水導入配管４５に送られる冷却水は、冷却水導入通路４３を経て、貫通孔３５、内管２３ｄの内側通路４９、出口冷却水空間２９、連通孔２３ｈ、入口冷却水空間２７、内管２３ｄと外管２５ｄとの間の外側通路４７、ハウジング冷却水通路３９の順に流れる。

このように二重管構造部における冷却水の流れ方向を逆にして、貫通孔３５から内側通路４９に向けて流れる冷却水が、内管２３ｄと貫通孔３５との接続部から例え外側に漏れたとしても、漏れた冷却水は、外側通路４７に流出し、ハウジング１のインバータ部５内（冷却構造部２１の外側のインバータ部５内）への流出は抑制できる。

上記二重管構造部における冷却水の流れ方向を逆にする構造は、図５の第２の実施形態にも適用できる。この場合、内側通路４９から出口冷却水空間２９に流出した冷却水は、図５（ａ）の破線矢印とは逆に複数の連通孔２３Ａｈに向けて分散して流れる。さらに、複数の連通孔２３Ａｈから入口冷却水空間２７に流出した冷却水は、図５（ｂ）の破線矢印とは逆に外側通路４７に向けて流れる。

よって、冷却水の流れ方向を図５に示す第２の実施形態と逆にしても、第２の実施形態と同様に、入口冷却水空間２７及び出口冷却水空間２９内を流れる冷却水は、分散することになって流れの均一化を図ることができる。

また、第１の実施形態において、隔壁３１の配管接続部３３及び内壁板２３の連通孔２３ｈの位置は、図１、図３、図４に示す位置に限定されることはない。例えば、配管接続部３３を、平面視（図３、図４で上方から見て）で矩形状となる隔壁３１の角部付近に設け、連通孔２３ｈを配管接続部３３とは対角位置となる角部付近に設けてもよい。その際、内管２３ｄ及び外管２５ｄは、配管接続部３３の位置に合わせることになる。

第２の実施形態においても、隔壁３１の配管接続部３３及び内壁板２３の複数の連通孔２３Ａｈの位置は、冷却水の流れが均一化するように設定されていればよく、実施形態の位置に限定されることはない。

また、電力変換装置としてインバータに限らず、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータにも本発明を適用でき、回転電機としてモータに限らず発電機にも本発明を適用できる。

１ ハウジング
３ モータ部（回転電機収容部）
５ インバータ部（電力変換装置収容部）
７ モータ（回転電機）
１３ トレー（取付部材）
１４ ベース板（取付部材）
１５ 平滑コンデンサ（電力変換装置）
１７ パワーモジュール（電力変換装置）
１９ ドライバ基板（電力変換装置）
２３ 内壁板（内壁部材、仕切壁、取付部材）
２３ｄ 内管（ハウジング冷却媒体通路との接続部）
２３ｈ 内壁板の連通孔（第１媒体通路と第２媒体通路とを連通する連通路）
２５ 外管（ハウジング冷却媒体通路との接続部）
２５ 外壁板（外壁部材、取付部材）
２７ 入口冷却水空間（第１媒体通路、冷却媒体通路）
２９ 出口冷却水空間（第２媒体通路、冷却媒体通路）
３９ ハウジング冷却水通路（ハウジング冷却媒体通路）
４１ 冷却水排出配管（冷却媒体の出口）
４５ 冷却水導入配管（冷却媒体の入口）
４７ 外側通路
４９ 内側通路

Claims (5)

1. 回転電機を収容する回転電機収容部及び、電力変換装置を収容する電力変換装置収容部を備えるハウジングと、
   前記ハウジングの電力変換装置収容部に収容され、前記電力変換装置が取り付けられる取付部材と、
   前記取付部材に設けられ、冷却媒体が流れることで前記電力変換装置を冷却する冷却媒体通路と、
   前記ハウジングに設けられ、冷却媒体の入口及び出口を備えて前記冷却媒体通路に連通するハウジング冷却媒体通路と、を有し、
   前記冷却媒体通路の前記ハウジング冷却媒体通路との接続部は、
   前記冷却媒体の入口と出口とのいずれか一方に連通する外側通路と、
   前記冷却媒体の入口と出口とのいずれか他方に連通し、前記外側通路の内側に位置する内側通路と、を備える二重管構造であることを特徴とする回転電機構造。
2. 前記冷却媒体は液体であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機構造。
3. 前記取付部材の冷却媒体通路は、
   仕切壁を間に前記回転電機側に位置して、前記外側通路に連通する第１媒体通路と、
   前記仕切壁を間に前記電力変換装置側に位置して、前記内側通路に連通する第２媒体通路と、
   前記仕切壁に設けられ、前記第１媒体通路と前記第２媒体通路とを連通する連通路と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機構造。
4. 前記取付部材は、
   前記電力変換装置が取り付けられるベース板と、
   前記ベース板の前記回転電機収容部側に設けられて前記ベース板との間に前記第２媒体通路を形成し、前記連通路を備える内壁部材と、
   前記内壁部材の前記ベース板と反対側に設けられて前記内壁部材との間に前記第１媒体通路を形成する外壁部材と、を有することを特徴とする請求項３に記載の回転電機構造。
5. 前記連通路は、複数設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の回転電
   機構造。

Images