JPH07231672A - 電力変換器及びそれを用いた電動車両の駆動装置 - Google Patents

電力変換器及びそれを用いた電動車両の駆動装置

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JPH07231672A
JPH07231672A JP6020993A JP2099394A JPH07231672A JP H07231672 A JPH07231672 A JP H07231672A JP 6020993 A JP6020993 A JP 6020993A JP 2099394 A JP2099394 A JP 2099394A JP H07231672 A JPH07231672 A JP H07231672A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの回転軸が突出する側に搭載する電力
変換器において、モータに負荷を接続したままの状態に
て脱着する事が可能な電力変換器の提供。 【構成】 電動車両の駆動系は、モータ１２と、インバ
ータ１１と、回転軸１３と、車輪１４、１５と、差動装
置１６とからなる。そのインバータ１１が略Ｕ字状を呈
し、その切り欠き部４５が回転軸１３の周囲に位置する
ように配される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力変換器に関し、特
に、電動車両を駆動する電動機に電力を供給して回転数
等を制御する電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術として、特開平５−２１９６０
７号公報に開示される如く、電気自動車を駆動する電動
機（以下、モータと言う）の軸方向に電力変換器（一例
として、インバータがある）を搭載するものが開示され
ている。通常、モータは略円柱形状に形成されており、
その一平面側から回転軸が突出し、この回転軸を介して
モータの回転力を電気自動車の車輪に伝達している。そ
して、その他平面上にインバータを搭載している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、モータの
回転軸がその一平面側から突出する片軸のモータの場合
には反対側面が平面状であるため、インバータの搭載に
際して制約を与える部材が無く、その搭載上問題は無
い。しかしながら、モータの回転軸がその両平面側から
突出する両軸のモータの場合には、インバータの搭載に
際して回転軸が邪魔になり、従来の片軸のモータの際の
如く、単に平面上にインバータを搭載することができな
い。
【０００４】通常、モータの回転軸はその平面上の略中
央から回転軸が突出しているため、その中央の回転軸を
避けた略筒状にインバータを形成することが考えられ
る。しかし、この構成を電気自動車に用いた際には、回
転軸が車輪等の負荷に接続されたままの状態にてインバ
ータをモータから脱着することができず、車両に搭載し
たままでの保守、点検、交換ができない。
【０００５】そこで、本発明では、モータの回転軸が突
出する側に搭載するインバータにおいて、モータに負荷
を接続したままの状態にて脱着する事が可能なインバー
タを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、電動機の回転力を伝達す
る回転軸が突出する前記電動機の一側面に取り付けら
れ、この電動機を回転制御する電力変換器であって、径
方向に切り欠き部を有する略Ｕ字形状からなることを要
旨とする。
【０００７】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の電力変換器において、前記切り欠き部の左右に配
され、前記電動機に供給する電力を制御する第１、第２
のスイッチングモジュールと、前記切り欠き部の反対側
に配され、前記電動機に供給する電力を制御する第３の
スイッチングモジュールと、を備えることを要旨とす
る。
【０００８】また、請求項３記載の本発明によれば、請
求項２記載の電力変換器において、前記電動機の入力端
子を前記第１、第２、第３のスイッチングモジュールの
出力端子の近傍に配し、内部にて接続したことを要旨と
する。また、請求項４記載の本発明は、請求項２もしく
は請求項３記載の電力変換器において、前記第１、第２
のスイッチングモジュールと前記第３のスイッチングモ
ジュールとの間に配され、それぞれのスイッチングモジ
ュールの直流入力端子と電気的に接続されると共に絶縁
層を挟んで積層された正負の端子を内部に備えることを
要旨とする。
【０００９】また、請求項５記載の本発明は、請求項２
乃至請求項４記載の電力変換器において、前記スイッチ
ングモジュールの出力端子の極近傍に設けられ、前記電
動機に供給される電流を検出する電流検出器を備え、こ
の電流検出器がコンデンサの固定台を兼ねることを要旨
とする。また、請求項６記載の本発明は、請求項４もし
くは請求項５記載の電力変換器において、前記スイッチ
ングモジュール上部の直流入力端子の極近傍に設けられ
た平滑コンデンサを備え、前記積層された正負の電極に
より接続したことを要旨とする。
【００１０】また、請求項７記載の本発明は、請求項１
乃至請求項６記載の電力変換器において、前記電動機の
側面に取り付けられる側面に放熱用冷却液通路を備える
ことを要旨とする。また、請求項８記載の本発明は、電
動車両の駆動装置であって、駆動源となる電動機と、こ
の電動機の側面の略中央部より突出し、負荷に対して電
動機の回転を伝達する回転軸と、径方向に切り欠き部を
有する略Ｕ字形状からなり、前記回転軸の周囲に前記切
り欠き部を配して前記電動機の側面に取り付けられ、前
記電動機を回転制御する電力変換器と、を備えることを
要旨とする。
【００１１】
【作用及び発明の効果】上記構成よりなる請求項１記載
の本発明によれば、電力変換器の外形が、切り欠き部を
有する略Ｕ字状にて形成されているため、回転軸の終端
に車輪等が接続された状態でも、電力変換器の脱着が可
能となり、電力変換器のメンテナンスが容易となるとい
う効果がある。
【００１２】また、請求項２記載の本発明によれば、切
り欠き部の左右及び切り欠き部の反対側に第１、第２、
第３のスイッチングモジュールが配置されているため、
外形がＵ字状の電力変換器において効率良くスイッチン
グモジュールを配置でき、全体として電力変換器を小型
化することができる。また、請求項３記載の本発明によ
れば、スイッチングモジュールの出力端子から電動機の
端子までの距離を最短にできるため、ノイズの発生を小
さくできるうえ、全体的に小型化することができる。
【００１３】また、請求項４記載の本発明によれば、第
１のスイッチングモジュールと第２のスイッチングモジ
ュール及び第３のスイッチングモジュールの間に端子を
設けてあるため、端子から各スイッチングモジュールま
での距離を略均等にでき、電力平衡をとることができ
る。また、請求項５記載の本発明によれば、スイッチン
グモジュールの出力端子の極近傍に電流検出器を配置す
ることにより、上記請求項３記載の効果を損なうこと無
く電流信号を取り出すことができるうえ、この電流検出
器がコンデンサの固定台を兼ねることにより、全体とし
て小型化することができる。
【００１４】また、請求項６記載の本発明によれば、平
滑コンデンサをスイッチングモジュール上部の出力端子
の極近傍に配したため、各コンデンサとスイッチングモ
ジュールとの電流経路を最短にできるため、配線インダ
クタンスを抑制することができ、発生するサージ電圧を
小さくすることができる。また、請求項７記載の本発明
によれば、電動機に取り付けられる側面に放熱用の冷却
液通路を備えるため、電力変換器の放熱とともに電動機
の放熱を兼ねることが可能なため、省スペースにて両者
の放熱が可能になるという効果がある。
【００１５】また、請求項８記載の本発明によれば、請
求項１記載の如くの電力変換器を電動車両に用いること
で、回転軸に負荷（例えば、車輪）を取り付けたままに
て電力変換器を取り外し可能な電動車両の駆動装置を提
供することができ、電力変換器のメンテナンスが容易と
なるという効果がある。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の電力変換器を電気自動車に用
いた一実施例について図面と共に説明する。図１は本実
施例の電力変換器（一例として、インバータをあげる）
と電動機の一体構造を示した図である。図１において、
１１はインバータ、１２は相対する２つの方向の回転軸
１３を駆動する両軸の電動機（以下、モータと言う）、
１４、１５は回転軸１３に取り付けられており回転軸１
３と共に回転する車輪、１６は差動装置である。
【００１７】インバータ１１は、その内部において、モ
ータ１２から導出された電極端子とインバータ１１の交
流出力電極を直結することにより電気的に接続され、そ
の外周において機械的に接続されている。また、このイ
ンバータ１１は、図１に示す如く、同心円状の一部を径
方向に切り欠いた略Ｕ字形状を呈し、Ｕ字形状を成す切
り欠き部４５は回転軸１３の径よりも大きく形成されて
いる。
【００１８】次にインバータ１１の構成について、図２
乃至図１０に基づいて詳細に説明する。図４は、そのカ
バー４４（図３参照）を取り外し、図１の矢印Ａ方向か
ら見たインバータ１１の上面図である。図２は、図４に
おいて、平滑コンデンサ３４、３５及び制御回路４１を
取り外した図である。図３は、図２において、入力ケー
ブル３９、４０を取り外して図示矢印Ｂ方向から見た側
面図であり、図５は図４において、入力ケーブル３９、
４０を取り外して図示矢印Ｃ方向から見た側面図であ
る。図６は、図２のＱ部の詳細図であり、図７は、図４
の矢印Ｐ方向から見た詳細図である。
【００１９】図２及び図３において、２０は片面に部品
搭載のための平面を有し、反対面に冷却フィンを有する
放熱部材、２１〜２３はパワートランジスタを２個直列
接続した半導体モジュール（スイッチングモジュールに
相当する）であり、それぞれのパワートランジスタには
ダイオードが逆並列接続されている。２４、２５は正負
の電極（図６参照）、２６〜２８は交流出力電極，２
９、３０は出力電流を検出する電流検出器、３６〜３８
はインバータ１１からの交流出力をモータ１２に供給す
る電極、３９、４０は直流電源からインバータ１１に電
力を供給する入力ケーブルである。また、図４及び図５
において、３４、３５は平滑コンデンサ、４１は制御回
路である。
【００２０】ここで放熱部材２０は略Ｕ字形に形成され
ており、該放熱部材上には半導体モジュール２１〜２３
が略Ｕ字状、つまり、Ｕ字状部の左右及びＵ字形状の切
り欠き部４５が設けられている反対側に配置され、更に
半導体モジュール２１、２３の交流出力端子側には電流
検出器２９、３０が配置される。なお、半導体モジュー
ル２１が第１のスイッチングモジュールに対応し、半導
体モジュール２３が第２のスイッチングモジュールに対
応し、半導体モジュール２２が第３のスイッチングモジ
ュールに対応する。ここで電流検出器２９、３０はどち
らか一方が半導体モジュール２２の交流出力端子側に配
置されていても良い。
【００２１】半導体モジュール２１、２３の上部の極近
傍には平滑コンデンサ３４、３５が配設され、電流検出
器２９、３０を固定台として放熱部材２０に固定され
る。その各正端子３４１、３５１及び負端子３４２、３
５２は正負の電極２４、２５により半導体モジュール２
１〜２３の正負の入力端子２１１、２１２、２２１、２
２２、２３１、２３２に接続される。ここで正負の電極
２４、２５は他の部品と接続される部位を除き、間に絶
縁層４６を挾んで重ね合され、各半導体モジュール２１
〜２３と各平滑コンデンサ３４、３５間及び各半導体モ
ジュール間で最短距離になるように配設される。この正
負の電極２４、２５は入力ケーブル３９，４０を介して
直流電源に接続される。
【００２２】また、半導体モジュール２１〜２３の交流
出力電極２６〜２８近傍には、モータ１２から電極３６
〜３８がベース部材となる放熱部材２０を貫通してイン
バータ１１の内部まで導入され、交流電極２６〜２８を
介して半導体モジュール２１〜２３の各交流出力端子と
接続される。半導体モジュール２１〜２３を駆動する制
御回路４１は放熱部材２０に固定され、電流検出器２
９、３０及び半導体モジュール２１〜２３と信号線で接
続される。
【００２３】図８には、放熱部材２０の断面図を示し、
そのＤ−Ｄ断面図を図９に示す。半導体モジュール２１
〜２３で発生した熱は、図８に示す冷却フィン４７を介
して冷却液に伝えられ、インバータ１１の外に運ばれ
る。冷却水はパイプ４２より導入され、パイプ４３より
排出される。冷却フィン４７はベースプレート２０１の
形状にそって略Ｕ字形に構成されており、半導体モジュ
ール２１〜２３の下はフィンが密に、それ以外は疎又は
空洞に形成されている。また、この冷却フィンがモータ
側に形成されていても良く、双方共、モータ１２、イン
バータ１１で冷却機能を共有することができる。
【００２４】また、制御回路４１で発生した駆動信号に
より半導体モジュール２１〜２３がスイッチングし直流
電力を交流電力に変換する。そして、この交流電力の供
給を受けてモータ１２が回転し車輪１４、１５が回転す
る。詳細には、図１０に示す回路図の如く、平滑コンデ
ンサ３４、３５は直流入力を平滑する。また、電流検出
器２９、３０はインバータ１１の動作状態を制御回路４
１にフィードバックする。
【００２５】上記の如くインバータ１１を略Ｕ字形状に
構成しているため、回転軸１３の終端に車輪等が接続さ
れた状態でもモータ１２からのインバータ１１の脱着が
可能になる。特に、図１に示す如く、両軸のモータを使
用した電気自動車を含む電動車両において、モータとイ
ンバータの一体構造による小型・軽量の駆動システムを
提供できると共に、車両からモータを下ろすことなく、
また、車輪１４、１５等を外すことなくインバータを脱
着できるので、インバータのメンテナンスが非常に容易
となる。
【００２６】また、モータ１２の側面にインバータ１１
を配置するので、交流出力電極２６〜２８及びインバー
タ１１とモータ１２とを接続するコネクタを廃止するこ
とが可能となり、低コストの駆動システムを提供するこ
とができる。また、インバータ１１の内部でモータ１２
と直結し、インバータ１１の外周を磁気シールドを兼ね
たケースでつつむことで、出力電線からのノイズ発生を
最小にすることができ、インバータ１１の外部へのノイ
ズ漏洩を小さくすることができ、その結果ラジオ雑音を
少なくできる。更に、モータ端子をボルト等で構成する
ことにより、インバータの固定ボルトと共有でき、固定
のためのボルトが少なくできる。
【００２７】また、径方向の軸に対し左右及び略軸上
に、すなわち上記実施例の場合、Ｕ字の各直線部及び曲
線部にそれぞれ半導体モジュール２１〜２３を配置し、
各モジュール２１〜２３の略中間位置に直流の入力線を
配接したため電極の長さを最短にできるとともに、直流
入力から各モジュールまでの距離を略均等にでき、電力
平衡をとることができる。また、モータ軸に対してモジ
ュールを横置に配置することにより、つまり、モータ側
面に対して平行にモジュールを配置することにより、イ
ンバータの横幅を小さくすることができる。
【００２８】また、半導体モジュールの交流出力端子の
極近傍に電流検出器を配置し、交流出力端子の極近傍に
モータ端子を配設したことにより、インバータ内部にお
ける交流電流経路を最短にできるため、小型・軽量・低
コスト・低ノイズのインバータを提供することができ
る。また、モータの端子を軸方向の側面から出すことに
よりモータの長さも短くできるため、全体としても小型
・軽量・低コスト・低ノイズの駆動システムを提供する
ことができる。
【００２９】また、コンデンサを半導体モジュールの極
近傍に配設するとともに、各モジュール、各コンデンサ
を最短距離で接続し、更に正負の電極を可能な限り重ね
合わせることにより配線インダクタンスを抑えたので、
発生するサージ電圧が小さくなり半導体モジュールが過
電圧で破損することがない。又、コンデンサを２個で構
成し、３個のモジュールのうちの残りの１つのモジュー
ルの上の空間に制御回路を配設することによりインバー
タの高さを低く抑えたままで、充分な制御回路スペース
を確保することができる。
【００３０】また、図８の如く、モジュールの下のフィ
ンを密に、その他の部位を疎または空洞にすることによ
り低い圧力損失で効率良く放熱する冷却プレートを提供
する。また流路全体がフィンによるガイドの中を流れる
ため、冷却液溜りが発生せず、高効率の熱交換器が実現
できる。また、インバータのＵ字状の外形のため、パイ
プ４２を冷却液入口、４３を冷却液出口とし、図１に示
した天地関係で配置することにより、低い吐出圧のポン
プにおいても容易にインバータ内部の空気抜きができる
と共に、モジュール全体の熱交換をすることができる。
【００３１】更に、モータとインバータの間に放熱器を
持つことができるので、モータ，インバータの冷却機能
を共有でき、小型・軽量な駆動システムを提供すること
ができる。また、上記の実施例では平滑コンデンサを２
個にて形成したが、各半導体モジュールに各１個のコン
デンサを位置しても良い。この場合、各コンデンサは小
型のものが使用でき、更に、各半導体モジュールに発生
するサージ電圧を等しく管理することができる。
【００３２】さらに、上記の実施例ではモータに両軸の
交流モータ，電力変換器にインバータを用いた場合を説
明したが片軸の直流モータをチョッパ駆動する場合のよ
うに、モータ及び電力変換器の種類、方式は特に限定さ
れるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータを電動車両に適用した際の
斜視図である。
【図２】本発明のインバータの上面図である。
【図３】図２のＢ視図である。
【図４】本発明のインバータの上面図である。
【図５】図４のＣ視図である。
【図６】図２のＱ視図である。
【図７】図４のＰ視図である。
【図８】放熱部材を示す断面図である。
【図９】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】インバータの各部の電気的接続を示す回路図
である。
【符号の説明】
１１ インバータ装置 １２ 電動機 １３ 回転軸 １４、１５ 車輪 １６ 差動装置 ２０ 放熱部材 ２１、２２、２３…半導体モジュール ２４、２５ 電極 ２６、２７、２８ 交流出力電極 ２９、３０ 電流検出器 ３１、３２、３３ コンデンサ ３４、３５ 平滑コンデンサ ３６、３７、３８ 電極 ４１ 制御回路 ４４ カバー ４５ 切り欠き部 ４６ 絶縁層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電動機の回転力を伝達する回転軸が突出
    する前記電動機の一側面に取り付けられ、この電動機を
    回転制御する電力変換器であって、 径方向に切り欠き部を有する略Ｕ字形状からなることを
    特徴とする電力変換器。
  2. 【請求項２】 前記切り欠き部の左右に配され、前記電
    動機に供給する電力を制御する第１、第２のスイッチン
    グモジュールと、 前記切り欠き部の反対側に配され、前記電動機に供給す
    る電力を制御する第３のスイッチングモジュールと、 を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
  3. 【請求項３】 前記電動機の入力端子を前記第１、第
    ２、第３のスイッチングモジュールの出力端子の近傍に
    配し、内部にて接続したことを特徴とする請求項２記載
    の電力変換器。
  4. 【請求項４】 前記第１、第２のスイッチングモジュー
    ルと前記第３のスイッチングモジュールとの間に配さ
    れ、それぞれのスイッチングモジュールの直流入力端子
    と電気的に接続されると共に絶縁層を挟んで積層された
    正負の端子を内部に備えることを特徴とする請求項２も
    しくは請求項３記載の電力変換器。
  5. 【請求項５】 前記スイッチングモジュールの出力端子
    の極近傍に設けられ、前記電動機に供給される電流を検
    出する電流検出器を備え、この電流検出器がコンデンサ
    の固定台を兼ねることを特徴とする請求項２乃至請求項
    ４記載の電力変換器。
  6. 【請求項６】 前記スイッチングモジュール上部の直流
    入力端子の極近傍に設けられた平滑コンデンサを備え、
    前記積層された正負の電極により接続し、固定したこと
    を特徴とする請求項４もしくは請求項５記載の電力変換
    器。
  7. 【請求項７】 前記電動機に取り付けられる側面に放熱
    用冷却液通路を備えることを特徴とする請求項１乃至請
    求項６記載の電力変換器。
  8. 【請求項８】 駆動源となる電動機と、 この電動機の側面の略中央部より突出し、負荷に対して
    電動機の回転を伝達する回転軸と、 径方向に切り欠き部を有する略Ｕ字形状からなり、前記
    回転軸の周囲に前記切り欠き部を配して前記電動機の側
    面に取り付けられ、前記電動機を回転制御する電力変換
    器と、 を備える電動車両の駆動装置。
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