JP7480274B2 - 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。

従来、回転電機であるモータと電力変換装置であるインバータとを一体に収容するにあたり、発熱を抑えたうえで冷却水通路のスペースも確保するようなモータ・インバータ一体型のモジュールを、小型化および高密度化させる技術が求められている。

本願発明の背景技術として、下記の特許文献１が知られている。特許文献１には、回転電機と、電力変換装置と、回転電機及び電力変換装置を一体的に収容するハウジングと、を備えた機電一体型の回転電機装置において、電子部品と電子部品に接続される導電部材とを冷却する技術が開示されている。

国際公開第２０１６／１８９６５８号

特許文献１の技術では、冷却性能を確保することはできているが、モータの径方向における積載部品の高さを抑えることが難しいため、インバータ一体型モータの小型化と冷却性能の確保を両立させることが課題であった。

本発明におけるインバータ一体型モータは、直流電力と交流電力とを変換するインバータ回路部と、前記インバータ回路部と電気的に接続されるモータ部と、が一体に構成されるインバータ一体型モータであって、前記インバータ回路部は、前記直流電力を平滑化する平滑キャパシタと、前記直流電力と前記交流電力とを変換するパワーモジュールと、冷媒が前記パワーモジュール側に流れる流路を形成するパワーモジュール流路形成体と、を有し、前記モータ部は、前記冷媒が前記モータ部の周方向側面を流れる流路を形成するモータ流路形成体を有し、前記モータ部の径方向から見た場合、前記平滑キャパシタは、前記モータ流路形成体と重なる位置に配置され、前記パワーモジュールの少なくとも一部及び前記パワーモジュール流路形成体の少なくとも一部は、前記モータ流路形成体と重ならない位置にそれぞれ配置される。

本発明によれば、インバータ一体型モータの小型化と冷却性能の確保を両立させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る、インバータ一体型モータを示す図である。 図１を反対側から見た場合の、インバータ一体型モータを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る、インバータ一体型モータを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る、インバータ一体型モータを示す断面図である。 本発明の第２及び第３の実施形態に係る、インバータ一体型モータを示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る、インバータ一体型モータを示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

（インバータ一体型モータの構成、及び第１の実施形態） 本発明の第１の実施形態について図１～４を用いて説明する。図１は第１の実施形態に係るインバータ一体型モータの構成を表す図であり、図２は図１を反対側から見たインバータ一体型モータの構成を表す図である。

インバータ一体型モータは、インバータ回路部１（以下、インバータ１）とモータ部２（以下、モータ２）によって構成される。インバータ１は直流電力と交流電力とを変換するため平滑キャパシタ３（以下、キャパシタ３）とパワーモジュール４をインバータ１の内部に有し、モータ２の軸方向に沿って隣接しつつ電気的に接続している。このようにして、インバータ一体型モータの形態を取っている。なお、インバータ１は、モータ２のコイル回転部分の軸方向の長さよりも長く形成される。

また、インバータ一体型モータは、冷却するための冷却水を流すために、パワーモジュール流路形成体５，モータ流路形成体６，流路入口８，流路出口９，を備えている。パワーモジュール流路形成体５は、モータ２のコイルエンド部分のスペースであるデッドスペース７に形成されており、流路入口８から浸入した冷却水をパワーモジュール４へと流通させ、その後モータ流路形成体６へ冷却水を運ぶ。モータ流路形成体６はモータ２を冷却するため、パワーモジュール流路形成体５から運ばれた冷却水がモータ２の周方向側面を流れるように、モータ２の側面に沿って形成されている。冷却水は、モータ流路形成体６を流れた後、流路出口９へ運ばれる。なお、流路入口８および流路出口９は、デッドスペース７に形成されている。

キャパシタ３は、インバータ１で変換される直流電力を平滑化する平滑キャパシタであり、モータ２の径方向から見た場合、モータ流路形成体６と重なる位置に配置され、かつインバータ１がモータ２に接触している面に設置される。また、キャパシタ３は、パワーモジュール４よりもモータ流路形成体６に近い位置に設置されている。これにより、モータ流路形成体６の内部に流れる冷却水によって、間接的にキャパシタ３が冷却され、さらにパワーモジュール４がキャパシタ３の熱を受けづらくすることができる。

パワーモジュール４は、インバータ１で変換される直流電力と交流電力とを変換し、キャパシタ３とモータ２の軸方向において並列に配置される。また、パワーモジュール４は、モータ２に隣接せずに一定の距離を設けた位置に設置される。これにより、パワーモジュール４は、キャパシタ３の熱を受けづらくしているだけでなく、モータ２のコイル部分の回転による熱の影響も受けにくくしている。

さらに、パワーモジュール４は、パワーモジュール流路形成体５と接続しており、パワーモジュール４の冷却のためにパワーモジュール４に備えられているフィンに、流路入口８から取り込んだ冷却水を流通させる。これにより、パワーモジュール４の内部は冷却水によって熱から保護される。一方で、パワーモジュール流路形成体５はキャパシタ３の近傍にあることでキャパシタ３の放熱の役割も担っている。なお、パワーモジュール４の少なくとも一部とパワーモジュール流路形成体５の少なくとも一部は、モータ２の径方向から見た場合にモータ流路形成体６と重ならないようにそれぞれ配置されており、できる限りインバータ一体型モータの小型化を維持しつつ冷却性能を確保している。

このように、パワーモジュール流路形成体５とモータ流路形成体６は、パワーモジュール４に専用の冷却水路を設け、キャパシタ３とモータ２とを同時に冷却することでキャパシタ３専用の冷却水路を設けない構造を取ることができるため、インバータ一体型モータ全体を小型化することができる。また、モータ２の径方向において、部品の積載を抑制できるため、インバータ一体型モータの小型化を実現できる。

図３は、インバータ一体型モータの斜視図である。図３は、図１や図２に示すモータ２の側面に形成されているモータ流路形成体２の外枠にハウジングがある状態である。インバータ一体型モータは、この設置形式で車両等に搭載されることになる。そのため、流路入口８が設置の高さ方向において上部、流路出口９が設置の高さ方向において下部に位置している。これにより、流路入口８と流路出口９の高低差を利用して、インバータ一体型モータ内のパワーモジュール４，パワーモジュール流路形成体５，モータ流路形成体６，へ重力方向に従って、冷却水を流通させることができる。

図４は、インバータ一体型モータの断面図である。図４は、図２のインバータ一体型モータにモータ２に外枠のハウジングがある状態で、断面構造にしたものである。図４に示す通り、インバータ１の内部にあるキャパシタ３は、モータ２のハウジングと接して設置されており、設置面を介して流れているモータ流路形成体６の中に流れる冷却水に対して、放熱するようになっている。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）インバータ一体型モータは、直流電力と交流電力とを変換するインバータ回路部１と、インバータ回路部１と電気的に接続されるモータ部２と、が一体に構成されるインバータ一体型モータであって、インバータ回路部１は、直流電力を平滑化する平滑キャパシタ３と、直流電力と交流電力とを変換するパワーモジュール４と、冷媒がパワーモジュール４側に流れる流路を形成するパワーモジュール流路形成体５と、を有し、モータ部２は、冷媒がモータ部２の径方向側面を流れる流路を形成するモータ流路形成体６を有し、モータ部２の径方向から見た場合、平滑キャパシタ３は、モータ流路形成体６と重なる位置に配置され、パワーモジュール４の少なくとも一部及びパワーモジュール流路形成体５の少なくとも一部は、モータ流路形成体６と重ならない位置にそれぞれ配置される。このようにしたので、インバータ一体型モータの小型化と冷却性能の確保を両立させることができる。

（２）インバータ一体型モータの平滑キャパシタ３は、パワーモジュール４よりもモータ流路形成体６に近い位置に設置されていることを特徴としている。このようにしたので、キャパシタ３は、パワーモジュール４へ熱の影響を与えづらくさせると同時に、モータ流路形成体６へ放熱している。

（第２の実施形態） 図５は第２の実施形態を表す、インバータ一体型モータを示す図である。なお、モータ２部分については簡易的な構造の図に抑えており、詳細部分は省略されている。第２の実施形態では、キャパシタ３がインバータ１に設置される際に使用される接着用材料が、熱伝導性を持つものである。これにより、キャパシタ３からモータ流路形成体６への放熱を効率化させることが可能になる。なお、熱伝導性をもつ接着材は、例えば、一般的に知られている放熱用のシリコンやグリース等の素材の接着材を用いてよい。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（３）インバータ一体型モータの平滑キャパシタ３は、熱伝導性を持つ接着剤を介してモータ流路形成体６側のインバータ回路部１に接することを特徴としている。このようにしたので、熱伝導性のない通常の接着剤を使用するよりも放熱性が高くなり、キャパシタ３部分の寿命を伸ばすことができる。

（第３の実施形態） 第２の実施形態で使用した図５を用いて、第３の実施形態を説明する。キャパシタ３は、モータ２とモータ流路形成体６およびモータ２のハウジング部分を介して接しているが、この接しているキャパシタ３の設置面を平らにすることで、キャパシタ３の放熱を促進できる。つまり、キャパシタ３の背面かつキャパシタ３を搭載するインバータ１の表面を平らにすることで、放熱の効率化を図ることができる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（４）インバータ一体型モータの平滑キャパシタ３は、平滑キャパシタ３の背面かつ平滑キャパシタ３を搭載するインバータ回路部１の表面は平坦であり互いに密着することを特徴とした。このようにしたので、設置面に凹凸面があるような形状に比べて放熱性が高まり、平滑キャパシタ３の寿命が長くなる。

（第４の実施形態） 図６は第４の実施形態を表す、インバータ一体型モータを示す図である。図６では、インバータ１のキャパシタ３の設置面部分にキャパシタ３と同等の大きさの穴が形成されており、モータ流路形成体６まで貫通している。これにより、この穴に当てはめるようにキャパシタ３をインバータ１に設置させると、モータ流路形成体６内を流れる冷却水にキャパシタ３が浸るような構成になり、キャパシタ３が直接冷却される。そのため、キャパシタ３は直接冷却水に放熱することができる。なお、この構造にすることで起こり得る冷却水の流出を防ぐために、キャパシタ３の周囲にはシールが施されている。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（５）インバータ一体型モータの平滑キャパシタ３は、モータ流路形成体６内に流れる冷媒に浸るように構成されることを特徴としている。このようにしたので、キャパシタ３は放熱の効率化を図ることができる。

以上、各実施形態はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。例えば、インバータ一体型モータの小型化と冷却性能の確保を両立させる目的が達成できるのであれば、パワーモジュール流路形成体５とモータ流路形成体６が接続せず、冷却水が出入りする流路入口および流路出口を増やす形態にしてもよい。さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１……インバータ回路部、２……モータ部、３……平滑キャパシタ、４……パワーモジュール、５……パワーモジュール流路形成体、６……モータ流路形成体、７……デッドスペース、８……流路入口、９……流路出口、１０……流路方向

Claims (5)

1. 直流電力と交流電力とを変換するインバータ回路部と、モータハウジング内に収容され、前記インバータ回路部と電気的に接続されるモータ部と、が一体に構成されるインバータ一体型モータであって、
   前記インバータ回路部は、前記直流電力を平滑化する平滑キャパシタと、前記直流電力と前記交流電力とを変換するパワーモジュールと、を有し、
   前記モータ部は、冷媒が前記モータ部の周方向側面を流れる流路を形成するモータ流路形成体を有し、
   前記モータハウジング内には、軸方向において、前記モータ部のコイルエンド部の先に設けられる空間であるデッドスペースが形成され、
   前記デッドスペース内には、前記パワーモジュールと接続し、前記冷媒が前記パワーモジュール側に流れる流路を形成するパワーモジュール流路形成体の少なくとも一部が形成され、
   前記モータ部の径方向から見た場合、前記平滑キャパシタは、前記モータ流路形成体と重なる位置に配置され、前記パワーモジュールの少なくとも一部及び前記パワーモジュール流路形成体の少なくとも一部は、前記モータ流路形成体と重ならない位置にそれぞれ配置され、
   前記平滑キャパシタと前記パワーモジュールは、前記インバータ回路部において前記モータ流路形成体側の面に設置され、
   前記平滑キャパシタは、前記モータハウジングを介して前記モータ流路形成体と熱的に接続す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において、
   前記平滑キャパシタと前記モータ流路形成体との間の距離は、前記パワーモジュールと前記モータ流路形成体との間の距離よりも短いことを特徴としたインバータ一体型モータ。
3. 請求項１に記載のインバータ一体型モータにおいて、
   前記平滑キャパシタは、熱伝導性を持つ接着剤を介して、前記インバータ回路部の前記モータ流路形成体側の面に接することを特徴としたインバータ一体型モータ。
4. 請求項１に記載のインバータ一体型モータにおいて、
   前記平滑キャパシタの背面及び前記平滑キャパシタを搭載する前記インバータ回路部の表面は、平坦であり互いに密着することを特徴としたインバータ一体型モータ。
5. 請求項１に記載のインバータ一体型モータにおいて、
   前記平滑キャパシタは、前記モータ流路形成体内に流れる前記冷媒に浸るように構成されることを特徴としたインバータ一体型モータ。