JP7466000B2 - インバータ一体型モータ - Google Patents

Description

本発明は、インバータ一体型モータに関する。

モータとインバータとを一体に構成したインバータ一体型モータが知られている。

ＪＰ２０１５－０８９２９８Ａには、インバータをモータの近傍に設け、モータケースとインバータケースとが軸心方向に隣接して配置されるインバータ一体型モータが開示されている。

従来技術では、モータとインバータとを電気的に接続するモータコイル線（バスバー）がインバータの外周側に配置されており、インバータの構成部品は、バスバーの内側に配置される。このような構成により、インバータの構成部品のサイズの制約が大きくなっている。例えば、モータの高出力化のためにインバータを高出力化、高耐圧化すると構成部品が大型化するが、バスバーの存在により構成部品が径方向に拡大することができず、回転軸方向に拡大してしまう。このため、モータを高出力化した場合に回転軸方向への小型化が難しいという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、モータを高出力化した場合にも、回転軸方向への小型化が可能なインバータ一体型モータを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様は、モータの回転軸方向の端部にインバータユニットを備えるインバータ一体型モータに適用される。モータは、インバータユニットに電気的に接続する導電部材を備える。インバータユニットは、導電部材に接続されてモータの駆動を制御する制御部品と、を備える。導電部材は、モータの端部から、回転軸に隣接した状態で回転軸に沿って延設され、制御部品は、導電部材よりも径方向外側に配置される。

本発明によると、モータとインバータとを接続する導電部材を回転軸に隣接して配置し、インバータユニットの制御部品をその径方向外側に配置することで、制御部品を径方向外側に拡大することが可能となる。例えばモータの高出力化のために制御部品を高出力化、高耐圧化することで制御部品のサイズが拡大したとしても、径方向に拡大することで、回転軸方向への拡大を抑制できる。これにより、モータを高出力化した場合にも、回転軸方向への小型化が可能となる。

図１は、本発明の実施形態のインバータ一体型モータの説明図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 図３は、本実施形態の変形例のインバータ一体型モータの説明図である。 図４は、別の変形例のインバータ一体型モータの説明図である。 図５は、さらに別の変形例のインバータ一体型モータの説明図である。 図６は、さらに別の変形例のインバータ一体型モータの断面図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態のインバータ一体型モータ１の説明図である。図１は回転軸方向の断面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。

インバータ一体型モータ１は、モータ３と、モータ３の軸方向の端部（コイルエンド）に配置されたインバータユニット２とから構成される。インバータ一体型モータ１は、例えば車両に搭載され、モータ３の回転により車両を駆動する。

モータ３は、回転軸１１と、図示しないロータ及びステータを備えている。モータ３は、インバータユニット２から電力を供給されることでロータを回転させて、回転軸１１を回転駆動する。

モータ３の軸方向の端部には、インバータユニット２とモータ３とを電気的に接続するバスバー３０が軸方向に起立、延設されている。

インバータユニット２は、図示しないバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給し、モータ３を駆動させる。また車両の減速時には、モータ３の回生電力をバッテリに充電する。インバータユニット２は、ケース２０と、ケース２０に収容される制御部品（平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２２、制御基板２３、電流センサ２４等）により構成される。

インバータユニット２のケース２０は、その外周がモータ３の外周に沿った円筒形状となっている。ケース２０の内周側は、モータ３の回転軸１１が貫通する。従って、ケース２０は、円環状（ドーナツ形状）に形成されている。

平滑コンデンサ２１は、パワーモジュール２２に供給される直流電流のノイズやリップルを平滑化する。平滑コンデンサ２１は、例えばフィルムコンデンサからなる複数のコンデンサ素子が収容されて構成される。

パワーモジュール２２は、バッテリから供給された直流電力をＵ，Ｖ，Ｗの三相の高周波電力に変換し、バスバー３０を介してモータ３に供給する。パワーモジュール２２は、三相それぞれに対応する複数のスイッチング素子を備えて構成される。パワーモジュール２２には、スイッチング素子の冷却のための放熱フィン等の冷却器が備えられる。

パワーモジュール２２には、モータ側バスバー２２１とコンデンサ側バスバー２２２とが備えられる。モータ側バスバー２２１は、モータ３のバスバー３０にボルト留めや溶接等により結合され、バスバー３０に交流電力を出力する。コンデンサ側バスバー２２２は、平滑コンデンサ２１の端子にボルト留め等や溶接により結合される。コンデンサ側バスバー２２２には、図示しないバッテリにも接続され、直流電力が供給される。

制御基板２３は、図示しない車両コントロールユニットからの指示を受けて、パワーモジュール２２の動作を制御して、モータ３に供給される電力を調整する。制御基板２３は、パワーモジュール２２及び電流センサ２４と電気的に接続される。制御基板２３は、電流センサ２４が取得したバスバー３０における電流値を取得し、パワーモジュール２２のスイッチング素子に対して制御信号を出力する。制御基板２３上には、マイコンや各種電気部品が実装される。

電流センサ２４は、バスバー３０に備えられ、モータ３に供給される電流値を取得して、取得した電流値に対応する信号を制御基板２３に出力する。電流センサ２４は、例えば電流を検出するホール素子からなり、このホール素子がバスバー３０に流れる電流値を検出する。

次に、このように構成されたインバータ一体型モータ１の制御部品の配置について説明する。

従来のインバータ一体型モータは、モータの端部の外周付近から軸方向にバスバーが延設され、このバスバーに電流センサが備えられる。このような構成では、例えばモータを高出力化した場合に、インバータユニットの高耐圧化、高出力化のために制御部品が大型化するが、外周側に配置されるバスバー及び電流センサによって、制御部品を径方向に拡大することが制限され、回転軸方向に拡大せざるを得なかった。

このために、従来は、モータを高出力化することで、インバータ一体型モータの回転軸方向への大型化が避けられなかった。

一方で、本実施形態では、次に説明するような構成によって、モータ３を高出力化しても回転軸方向に小型化が可能なように構成した。

図１に示すように、モータ３は、軸方向の端部、すなわちインバータユニット２が配置されている側に、バスバー３０が起立して配置されている。図２に示すように、バスバー３０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応した３つのバスバー３０からなり、回転軸１１に周囲に近接して等間隔に配置され、モータ３の端部から回転軸１１に沿って軸方向に延設される。

図１に示すように、バスバー３０のモータ３から引き出される部分付近には、電流センサ２４がそれぞれ備えられる。電流センサ２４は、バスバー３０を取り囲むよう、バスバー３０の延設方向に沿って配置され、バスバー３０を流れる電流の電流値を検出する。電流センサ２４はハーネス等により制御基板２３に接続されており、電流値を示す信号を制御基板２３に出力する。

バスバー３０及び電流センサ２４の外周側には、平滑コンデンサ２１が配置される。図２に示すように、平滑コンデンサ２１は、軸方向から見た断面が、略円環状となるように形成される。パワーモジュール２２、制御基板２３についても同様に円環状に形成される。

図１に示すように、インバータユニット２は、モータ３の端部から、平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２２及び制御基板２３の順に積層して配置される。

モータ３の端部から延設されるバスバー３０と、バスバー３０に沿って配置される電流センサ２４は、平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２２及び制御基板２３の内周の空洞部分に位置する。

このような構成により、インバータユニット２の制御部品である平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２２及び制御基板２３は、その外周側のサイズの制約が小さくなる。すなわち、ケース２０内に収装される程度のサイズ（モータ３の外径程度）まで拡大することができる。

このように、制御部品のサイズを径方向に大きくできることにより、平滑コンデンサ２１においては、その内部に収納されるコンデンサ素子の数やサイズを増大させることができる。パワーモジュール２２においては、スイッチング素子のサイズを大きくでき、パワー素子に接続される配線を大きくできる。さらに、スイッチング素子を冷却する冷却器のサイズを大きくできる。制御基板２３についても、実装される素子や配線を大きくすることができる。

これにより、モータ３の高出力化に対応してインバータユニット２の制御部品を大型化した場合にも、そのサイズは外径方向に拡大させることが可能となり、回転軸方向へは極力拡大させないようにできる。

以上説明した本発明の実施形態は、モータ３の回転軸１１方向の端部にインバータユニット２を備えるインバータ一体型モータ１に適用される。モータ３は、インバータユニット２に電気的に接続する導電部材としてのバスバー３０を備える。インバータユニット２は、バスバー３０に接続されてモータ３の駆動を制御する制御部品を備え、バスバー３０は、回転軸１１の周囲に、回転軸１１に隣接して、回転軸１１に沿って延設され、制御部品は、バスバー３０よりも径方向外側に配置される。

これにより、モータ３の高出力化のためインバータユニット２の制御部品を高耐圧化、高出力化することにより大型化した場合にも、制御部品を径方向に拡大させることができるので、回転軸方向への拡大を抑制できる。従って、モータ３を高出力化した場合にも、インバータ一体型モータ１の回転軸方向への小型化ができる。

また、本実施形態は、バスバー３０には電流センサ２４が配置され、制御部品は、モータ３に電力を供給するパワーモジュール２２と、パワーモジュール２２の電流を平滑化する平滑コンデンサ２１と、パワーモジュール２２の動作を制御する制御基板２３と、からなり、バスバー３０及び電流センサ２４の周囲に配置される。

これにより、インバータユニット２の制御部品であるパワーモジュール２２、平滑コンデンサ２１及び制御基板２３をバスバー３０及び電流センサ２４の外側に配置したので、これら制御部品を径方向側に拡大することができる。

また、本実施形態は、制御部品は、モータ３の端部側から、平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２２及び制御基板２３の順に積層して配置される。

このような構成により、バスバー３０に配置される電流センサ２４と、パワーモジュール２２のモータ側バスバー２２１とが干渉しないように配置できるので、これら制御部品を径方向側に拡大することができる。

次に、本発明の変形例について説明する。

図３は、本発明の変形例のインバータ一体型モータ１の説明図であり、回転軸方向の断面図である。

図３に示す変形例では、図１で説明した構成と比較して、インバータユニット２の制御部品の積層順序が異なる。なお、その他の構成については図１と同様であるため同一の符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、インバータユニット２は、モータ３の端部から、制御基板２３、パワーモジュール２２及び平滑コンデンサ２１の順に積層して配置される。

このように構成した場合であっても、前述の図１の構成と同様に、インバータユニット２の内周にバスバー３０が配置されることで、モータ３の高出力化のためインバータユニット２の制御部品を高耐圧化、高出力化することにより大型化した場合にも、制御部品を径方向に拡大させることができる。

特に、平滑コンデンサ２１をモータ３から離れる側に配置した場合は、平滑コンデンサ２１の内周でバスバー３０との干渉が避けられるので、平滑コンデンサ２１の形状を、内周側にも拡大することが可能になる。

なお、図３に示すように、制御基板２３をモータ３に近接した場合は、モータ３の駆動によるノイズの影響を受けるおそれがある。これを防ぐために、制御基板２３とモータ３との間に電磁波等を遮蔽する遮蔽部材を備えることが望ましい。

図４は、本発明の別の変形例のインバータ一体型モータ１の説明図であり、回転軸方向の断面図である。

図４に示す変形例では、図１で説明した構成と比較して、インバータユニット２の制御部品の積層順序が異なる。なお、その他の構成については図１と同様であるため同一の符号を付し、その説明は省略する。

図４に示すように、電流センサ２４が、制御基板２３上に実装される。より具体的には、電流センサ２４は、電流を検出するホール素子がケースに内装されて構成されている。ホール素子から延びる端子が、制御基板２３上に固定される。すなわち、制御基板２３は、電流を検出するホール素子よりも径方向外側に配置される。

このような構成により、前述の図１の構成の効果に加え、電流センサ２４と制御基板２３とを接続するハーネス等が必要なくなり、部品点数及び製造工数が削減できるので、インバータ一体型モータ１の製造コストを削減することができる。

図５は、本発明のさらに別の変形例のインバータ一体型モータ１の説明図であり、回転軸方向の断面図である。

図５に示す変形例では、図１で説明した構成と比較して、インバータユニット２の制御部品の積層順序が異なる。なお、その他の構成については図１と同様であるため同一の符号を付し、その説明は省略する。

図５に示すように、インバータユニット２は、モータ３の端部から、パワーモジュール２２、制御基板２３及び平滑コンデンサ２１の順に積層して配置される。

このように構成した場合であっても、前述の図１の構成と同様に、モータ３の高出力化のためインバータユニット２の制御部品を高耐圧化、高出力化することにより大型化した場合にも、制御部品を径方向に拡大させることができる。

特に、パワーモジュール２２をモータ３の端部に近接させた場合は、パワーモジュール２２の冷却をモータ３の冷却と共用することができる。具体的には、モータ３のハウジング（またはコイルエンド）は、冷媒が流通する冷媒流路３ａが形成されている。そこで、パワーモジュール２２とモータ３の端部側に存在する冷媒流路３ａとを近接させることで、この冷媒流路３ａの冷媒によりパワーモジュール２２のスイッチング素子を冷却するように構成することができる。

これにより、パワーモジュール２２の冷却効率を高められるので、パワーモジュール２２をより高耐圧化することができる。

図６は、本発明のさらに別の変形例のインバータ一体型モータ１の説明図であり、図２のＩＩ－ＩＩ断面図に対応する図である。

図６に示す変形例では、図１から図５で説明した構成の変形例であり、モータ３から突出するバスバー３０の構成が異なる。なお、その他の構成については図２と同様であるため同一の符号を付し、その説明は省略する。

図６に示すように、モータ３は、六つのバスバー３０を備える。これらバスバー３０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれが二つのバスバー３０により構成されている。各バスバー３０には、電流センサ２４が備えられる。このように、バスバー３０をモータ３の構成に合わせて任意に構成することができる。

このように構成した場合であっても、前述の図２の構成と同様に、インバータユニット２の内周にバスバー３０が配置されることで、モータ３の高出力化のためインバータユニット２の制御部品を高耐圧化、高出力化することにより大型化した場合にも、制御部品を径方向に拡大させることができる。

以上、本発明の実施形態、上記実施形態及び変形例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。

本実施形態では、電流センサ２４をモータ３の端部付近でバスバー３０に配置したが、この構成に限られない。例えば電流センサ２４をモータ３から離間した位置でバスバー３０に配置し、平滑コンデンサ２１（又は他の制御部品）の内周側を、電流センサ２４よりもモータ３の端部側で、バスバー３０に近接させた形状て構成してもよい。

本実施形態のインバータ一体型モータ１は、車両に搭載されたバッテリの電力によりインバータ一体型モータ１を駆動して走行する電気自動車に搭載されるものであってもよいし、エンジンを備え、エンジンが発電した電力により、インバータ一体型モータ１を駆動するシリーズハイブリッド式の自動車に搭載されるものであってもよい。または、その他の駆動力源に用いるものであってもよい。

また、本実施形態では、インバータユニット２の制御部品である平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２２及び制御基板２３を円環状となるように構成したが、これに限られない。径方向内側にバスバー３０及び電流センサ２４を配置できれば、どのような形状であってもよく、多角形であってもよいし曲面と多角形の組み合わせであってもよい。それぞれを構成する素子や配線等の形状に対応して、適切な形状であればよい。

Claims (6)

1. モータの回転軸方向の端部にインバータユニットを備えるインバータ一体型モータであって、
   前記モータは、前記インバータユニットに電気的に接続するバスバーを備え、
   前記インバータユニットは、前記バスバーに接続されて前記モータの駆動を制御する制御部品を備え、
   前記バスバーは、前記モータの端部から起立して配置され、前記モータの回転軸に隣接した状態で前記回転軸に沿って延設され、
   前記制御部品は、前記バスバーよりも径方向外側に配置される、
   インバータ一体型モータ。
2. 請求項１に記載のインバータ一体型モータであって、
   前記バスバーには電流センサが配置され、
   前記制御部品は、前記モータに電力を供給するパワーモジュールと、前記パワーモジュールの電流を平滑化する平滑コンデンサと、前記パワーモジュールの動作を制御する制御基板と、からなり、前記バスバー及び前記電流センサの周囲に配置される、
   インバータ一体型モータ。
3. 請求項２に記載のインバータ一体型モータであって、
   前記制御部品は、前記モータの前記端部側から、前記平滑コンデンサ、前記パワーモジュール及び前記制御基板の順に積層して配置される、
   インバータ一体型モータ。
4. 請求項２に記載のインバータ一体型モータであって、
   前記制御部品は、前記モータの前記端部側から、前記制御基板、前記パワーモジュール及び前記平滑コンデンサの順に積層して配置される、
   インバータ一体型モータ。
5. 請求項４に記載のインバータ一体型モータであって、
   前記電流センサは、前記制御基板上に実装される、
   インバータ一体型モータ。
6. 請求項２に記載のインバータ一体型モータであって、
   前記制御部品は、前記モータの前記端部側から、前記パワーモジュール、前記制御基板及び前記平滑コンデンサの順に積層して配置され、
   前記モータには、冷媒が流通する冷媒流路が前記パワーモジュールに隣接する位置に備えられる、
   インバータ一体型モータ。
   

Images