JPWO2013008266A1 - 電動機 - Google Patents

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Abstract

パワー素子２２を、基板２１の軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に実装する。パワー素子２２の発する熱は、同じく軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側であってパワー素子２２の対向部分に形成されたヒートマス３２を伝わり基板側放熱フィン３３から放熱されると共に、パワー素子２２を囲む凹凸構造４２を伝わりカバー４０からも放熱される。

Description

この発明は、パワー素子と制御素子を実装したインバータ基板を搭載した電動機の放熱構造に関する。
誘導電動機などのモータを収容したハウジング内にインバータを搭載する場合、発熱量の大きいパワー素子の放熱構造が必要となる。そこで、従来はパワー素子のみを実装した基板をハウジングカバーに取り付けてパワー素子の放熱性を高めていた。また、比較的熱に弱い制御素子を別の基板に実装してハウジング側に取り付けることにより、パワー素子の熱が伝わりにくい構成にしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１０９８０号公報
しかしながら、上記特許文献１のようにパワー素子の基板と制御素子の基板とを分離した場合、両基板を接続する配線が必要となるため、構造が複雑化および大型化するという課題があった。また、通電電流の大きい電動機では、発熱量も大きくなるため、パワー素子をハウジングカバーに取り付けただけでは十分な放熱を行うことができないという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パワー素子と制御素子が実装された基板を搭載する電動機において、パワー素子の放熱性を高めることを目的とする。
この発明の電動機は、電動機本体と、電動機本体の軸方向一端側に配置され、電動機本体を通電制御するパワー素子および制御素子が実装された基板と、電動機本体を収容するハウジングとを備え、パワー素子は、基板の電動機本体とは逆側の面上、かつ、制御素子より外側に実装され、ハウジングは、基板の電動機本体を向く面側であってパワー素子に対向する位置にヒートマスを有するようにしたものである。
この発明によれば、パワー素子の発する熱をヒートマスへ放熱することにより、パワー素子の放熱性を高めた電動機を提供することができる。
この発明の実施の形態１に係る電動機の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る電動機のインバータ基板の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電動機の放熱構造を説明する図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示す電動機１は、電動機本体１０と、電動機本体１０を通電制御するインバータ部２０と、これら電動機本体１０とインバータ部２０とを収容するハウジング３０と、ハウジング３０の開口部３１を覆うカバー４０とを備える。
ハウジング３０とカバー４０は、一般的に使用される構造材料（鉄）ではなく、より熱伝導率の高いアルミニウムを採用して構成する。この円筒状のハウジング３０の内部に電動機本体１０を収容し、さらに、開口部３１にインバータ部２０を収容してカバー４０をネジ等により取り付けている。ハウジング３０とカバー４０との間にはＯリング４１を配置して隙間をシールしている。
このハウジング３０の、インバータ部２０を収容する部位の外径を拡径して肉厚にし、軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側にヒートマス３２を形成する。また、ヒートマス３２を構成するハウジング３０外面に基板側放熱フィン３３を立設し、インバータ部２０からヒートマス３２へ伝わった熱をこの基板側放熱フィン３３から放熱させる。また、この基板側放熱フィン３３に隣接し、かつ、電動機本体１０の軸方向Ｘの外周面を覆うハウジング３０外面に電動機本体側放熱フィン３４を立設し、電動機本体１０の発する熱とヒートマス３２へ伝わった熱とを電動機本体側放熱フィン３４から放熱させる。基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４を隣接させることにより、ヒートマス３２の共有を図り、かつ、ハウジング３０の構造を簡易化している。また、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４の各フィンの突出方向を同一にすることにより、ハウジング３０を例えば砂型鋳造する場合に製造が容易になる。
図２に示すように、インバータ部２０は、円盤状の基板２１のカバー４０側を向く面上に複数のパワー素子２２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）が実装され、反対の面上に制御素子（不図示）が実装されてなる。パワー素子２２を実装したパワー基板領域２１ａを、制御素子を実装した制御基板領域２１ｂより外側に配置してパワー素子２２をハウジング３０に近づけることにより、パワー素子２２の発する熱をハウジング３０へ伝えやすい構成にしている。なお、図１および図２に示すように、基板２１は、電動機本体１０の軸方向Ｘの一端側の開口部３１に配置され、複数のネジ２３によりハウジング３０に固定されている。
また、これらパワー素子２２を、軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に実装するようにして、同じく軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に形成されたヒートマス３２に対向させ放熱させる。パワー素子２２を電動機本体１０より外側に実装することにより、パワー素子２２から後述する基板側放熱フィン３３までの距離が短くなり、放熱性を向上できる。さらに、パワー素子２２からヒートマス３２への放熱性を高めるために、基板２１のパワー素子２２を実装する部分に熱伝導率の高い銅インレイ（金属部材）２４を圧入すると共に、基板２１とヒートマス３２が当接する面に熱伝導率の高い伝熱ゲル（伝熱部材）２５を塗布して、熱的接続を向上させている。なお、基板２１に圧入する金属部材は、銅製に限定されるものではなく、少なくとも基板２１を構成する部材より熱伝導率の高い部材であればよい。また、基板２１とヒートマス３２との間に挟みこむ伝熱部材は、ゲル状の部材に限定されるものではなく、シート状の部材等でもよい。さらに、銅インレイ２４と伝熱ゲル２５は必須ではなく、省略してもよいし、いずれか一方のみ設けてもよい。
また、パワー素子２２の上面を、カバー４０に当接させ放熱させる。さらに、カバー４０のインバータ部２０側を向く面に、パワー素子２２の側面を囲う凹凸構造４２を形成して、パワー素子２２の発する熱をカバー４０へ伝えやすくする。さらに、この凹凸構造４２には熱伝導率の高い伝熱ゲル（伝熱部材）４３を充填させることが好ましい。このように、パワー素子２２の上面だけでなく側面もカバー４０に接触させることにより、接触面積を大きくとることができるので、カバー４０からの放熱率を向上させることができる。なお、アルミニウム製のカバー４０および凹凸構造４２が熱膨張した場合に凹凸構造４２の先端部分が基板２１に接触しないように、隙間を設けておく。
パワー素子２２の放熱率をさらに向上させる場合には、より熱伝導率の高い伝熱部材を使用したり、この伝熱部材の厚みを薄くして基板２１とヒートマス３２の間のクリアランスおよびパワー素子２２とカバー４０の間のクリアランスを小さくしたりすることが好ましい。
電動機本体１０は、ハウジング３０内に圧入固定されたステータ１１と、軸方向Ｘ周りに回転自在に支持されたシャフト１２と、シャフト１２を回転させるロータ１３と、結線板１８とを備える。ステータ１１は、２個のステータコア１４ａ，１４ｂと、このステータコア１４ａ，１４ｂの間に配置されたマグネット１５と、複数のコイル１６（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）と、これらを樹脂部材により一体化したモールド部１７とから構成される。コイル１６の端部はモールド部１７を貫通してインバータ部２０側へ突出し、樹脂部材でモールドされた結線板１８に接続される。結線板１８はパワー素子２２およびコネクタ部１９に接続される。
ロータ１３は、径方向外側に突出する突部を１８０度間隔に２箇所形成し、軸方向Ｘの途中で突部を９０度ずらした状態にする（突部１３ａ，１３ｂ）。これら突部１３ａ，１３ｂは、マグネット１５の界磁磁気力の作用により着磁される。コネクタ部１９を介して外部電源（不図示）からインバータ部２０へ直流電源が供給されると、インバータ部２０の制御素子が、シャフト１２の端部周辺に設けられた位置検出センサ２６からシャフト１２の回転位置を表す信号を取得し、その信号に基づいてパワー素子２２のスイッチング動作を制御して直流電流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電流に変換し、結線板１８を通じてコイル１６へ供給する。そして、コイル１６に流れた電流の向きに応じてステータ１１が着磁され、マグネット１５の界磁磁気力が作用しているロータ１３の周囲に回転磁界が生じて、ロータ１３が回転駆動される。
このロータ１３にシャフト１２を固着して、ロータ１３と一体にシャフト１２を回転させる。例えば電動機１を自動車用ターボチャージャおよび電動コンプレッサ等に適用する場合、シャフト１２をタービン（いわゆるインペラ）の回転軸に連結して、電動機１によりタービンを回転駆動する。
次に、電動機１の放熱経路を説明する。
図３は、電動機１の放熱経路を説明する図であり、図１に示す電動機１のパワー素子２２周辺を拡大して示している。
パワー素子２２の発する熱は、銅インレイ２４および伝熱ゲル２５を経由してヒートマス３２に伝わり（図３に矢印Ａで示す）、ヒートマス３２と熱的接続している基板側放熱フィン３３および電動機本体側放熱フィン３４から放熱される（図３に矢印Ｂ，Ｃで示す）。また、パワー素子２２の発する熱は、伝熱ゲル４３および凹凸構造４２を経由してカバー４０からも放熱される（図３に矢印Ｄで示す）。
また、電動機本体１０の発する熱は、電動機本体１０の周囲にあるハウジング３０を経由して電動機本体側放熱フィン３４へ伝わり（図３に矢印Ｅで示す）、電動機本体側放熱フィン３４から放熱される（図３に矢印Ｃで示す）。
なお、図示は省略するが、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４の周囲に冷却媒体（冷却風、冷却水等）を引き回して、放熱効果をさらに高めるようにしてもよい。
以上より、実施の形態１によれば、電動機１は、電動機本体１０と、電動機本体１０の軸方向Ｘの一端側に配置されて電動機本体１０を通電制御するパワー素子２２および制御素子が実装された基板２１と、電動機本体１０および基板２１を収容するハウジング３０とを備え、パワー素子２２は、基板２１の電動機本体１０とは逆側の面上、かつ、制御素子より外側に実装され、ハウジング３０は、基板２１の電動機本体１０を向く面側であってパワー素子２２に対向する位置にヒートマス３２を有するように構成した。このため、パワー素子２２の発する熱をヒートマス３２へ放熱できるようになり、パワー素子２２の放熱性を高めた電動機１を提供することができる。
また、パワー素子２２を積極的に冷却して温度上昇を抑制することができるようになるので、パワー素子２２の寿命を延ばすことができると共に制御素子への悪影響を回避できる。また、一枚の基板２１にパワー素子２２と制御素子を実装できるので、従来のように別々の基板に実装する場合に比べて構造の簡易化および小型化が可能となる。
また、パワー素子２２を積極的に冷却できるので、電動機１を使用する環境の許容温度を高くすることが可能となる。さらに、一般に電動機１の定格損失は所定の温度上昇幅に対する消費電力レベルで決定されているため、温度上昇を抑制することにより許容消費電力を増大できると共に所定温度に上昇するまでの時間を延ばすことができるようになり、通電時間を延ばすことが可能となる。このように、電動機１の性能向上を図ることもできる。
また、実施の形態１によれば、電動機１は、基板２１のパワー素子２２を実装する部分に貫通した、この基板２１より熱伝導率の高い銅インレイ２４と、この銅インレイ２４とヒートマス３２との間に設置され、パワー素子２２の熱を銅インレイ２４を介してヒートマス３２に伝える伝熱ゲル２５とを備えるように構成した。このため、放熱率をさらに向上させることができ、パワー素子２２の寿命および電動機１の性能を向上させることができる。
また、実施の形態１によれば、パワー素子２２を、軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に配置するようにしたので、同じく軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に配置されたヒートマス３２に熱的接続でき、放熱性を向上できる。さらに、パワー素子２２がハウジング３０の外面に形成した基板側放熱フィン３３に近くなることによっても、放熱性を向上できる。
また、実施の形態１によれば、ハウジング３０は、ヒートマス３２を構成する部分の外面に基板側放熱フィン３３を有すると共に、電動機本体１０の軸方向Ｘの外周面を覆う部分の外面であって基板側放熱フィン３３に隣接する位置に電動機本体側放熱フィン３４を有し、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４とは突出方向を同一に形成するように構成した。このため、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４とをヒートマス３２に熱的接続して共有を図ることができ、よって、ハウジング３０の構造の簡易化および製造コストの低減が可能となる。また、フィンの突出方向を同一にしたので、放熱媒体の引き回し方向を同一にすることもできる。
また、実施の形態１によれば、電動機１は、基板２１の電動機本体１０とは逆側の面を覆い、この面上に実装されたパワー素子２２に伝熱ゲル４３を介して熱的接続するカバー４０を備えるように構成した。このため、パワー素子２２をヒートマス３２とカバー４０で挟み込んで両方向へ放熱させることができ、放熱率をさらに向上させることが可能である。
また、実施の形態１によれば、カバー４０が、パワー素子２２の側面を囲う凹凸構造４２を有するよう構成したので、パワー素子２２と放熱用のカバー４０との接触面積を大きくして放熱率をさらに向上させることができる。
また、実施の形態１によれば、ハウジング３０およびカバー４０を、熱伝導率の高いアルミニウム製にしたので、放熱率を向上できる。
なお、上記説明では、１２個のパワー素子２２を用いて三相交流電流を生成するインバータ部２０の例を示したが、これに限定されるものではなく、パワー素子２２の数は電動機１の構成に応じて適宜決定すればよい。
それ以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
以上のように、この発明に係る電動機は、インバータ用のパワー素子の放熱性を高めるようにしたので、高温に晒される自動車用ターボチャージャおよび電動コンプレッサなどを回転駆動する電動機に用いるのに適している。
１ 電動機、１０ 電動機本体、１１ ステータ、１２ シャフト、１３ ロータ、１３ａ，１３ｂ 突部、１４ａ，１４ｂ ステータコア、１５ マグネット、１６ コイル、１７ モールド部、１８ 結線板、１９ コネクタ部、２０ インバータ部、２１ 基板、２１ａ パワー基板領域、２１ｂ 制御基板領域、２２ パワー素子、２３ ネジ、２４ 銅インレイ、２５，４３ 伝熱ゲル、２６ 位置検出センサ、３０ ハウジング、３１ 開口部、３２ ヒートマス、３３ 基板側放熱フィン、３４ 電動機本体側放熱フィン、４０ カバー、４１ Ｏリング、４２ 凹凸構造。
この発明は、パワー素子と制御素子を実装したインバータ基板を搭載した電動機の放熱構造に関する。
誘導電動機などのモータを収容したハウジング内にインバータを搭載する場合、発熱量の大きいパワー素子の放熱構造が必要となる。そこで、従来はパワー素子のみを実装した基板をハウジングカバーに取り付けてパワー素子の放熱性を高めていた。また、比較的熱に弱い制御素子を別の基板に実装してハウジング側に取り付けることにより、パワー素子の熱が伝わりにくい構成にしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１０９８０号公報
しかしながら、上記特許文献１のようにパワー素子の基板と制御素子の基板とを分離した場合、両基板を接続する配線が必要となるため、構造が複雑化および大型化するという課題があった。また、通電電流の大きい電動機では、発熱量も大きくなるため、パワー素子をハウジングカバーに取り付けただけでは十分な放熱を行うことができないという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パワー素子と制御素子が実装された基板を搭載する電動機において、パワー素子の放熱性を高めることを目的とする。
この発明の電動機は、電動機本体と、電動機本体の軸方向一端側に配置され、電動機本体を通電制御するパワー素子および制御素子が同一平面上に実装された基板と、電動機本体を収容するハウジングとを備え、パワー素子は、基板の電動機本体とは逆側の面上、かつ、制御素子より外側に実装され、ハウジングは、基板の電動機本体を向く面側であってパワー素子に対向する位置にヒートマスを有するようにしたものである。
この発明によれば、パワー素子の発する熱をヒートマスへ放熱することにより、パワー素子の放熱性を高めた電動機を提供することができる。
この発明の実施の形態１に係る電動機の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る電動機のインバータ基板の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電動機の放熱構造を説明する図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示す電動機１は、電動機本体１０と、電動機本体１０を通電制御するインバータ部２０と、これら電動機本体１０とインバータ部２０とを収容するハウジング３０と、ハウジング３０の開口部３１を覆うカバー４０とを備える。
ハウジング３０とカバー４０は、一般的に使用される構造材料（鉄）ではなく、より熱伝導率の高いアルミニウムを採用して構成する。この円筒状のハウジング３０の内部に電動機本体１０を収容し、さらに、開口部３１にインバータ部２０を収容してカバー４０をネジ等により取り付けている。ハウジング３０とカバー４０との間にはＯリング４１を配置して隙間をシールしている。
このハウジング３０の、インバータ部２０を収容する部位の外径を拡径して肉厚にし、軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側にヒートマス３２を形成する。また、ヒートマス３２を構成するハウジング３０外面に基板側放熱フィン３３を立設し、インバータ部２０からヒートマス３２へ伝わった熱をこの基板側放熱フィン３３から放熱させる。また、この基板側放熱フィン３３に隣接し、かつ、電動機本体１０の軸方向Ｘの外周面を覆うハウジング３０外面に電動機本体側放熱フィン３４を立設し、電動機本体１０の発する熱とヒートマス３２へ伝わった熱とを電動機本体側放熱フィン３４から放熱させる。基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４を隣接させることにより、ヒートマス３２の共有を図り、かつ、ハウジング３０の構造を簡易化している。また、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４の各フィンの突出方向を同一にすることにより、ハウジング３０を例えば砂型鋳造する場合に製造が容易になる。
図２に示すように、インバータ部２０は、円盤状の基板２１のカバー４０側を向く面上に複数のパワー素子２２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）が実装され、反対の面上に制御素子（不図示）が実装されてなる。パワー素子２２を実装したパワー基板領域２１ａを、制御素子を実装した制御基板領域２１ｂより外側に配置してパワー素子２２をハウジング３０に近づけることにより、パワー素子２２の発する熱をハウジング３０へ伝えやすい構成にしている。なお、図１および図２に示すように、基板２１は、電動機本体１０の軸方向Ｘの一端側の開口部３１に配置され、複数のネジ２３によりハウジング３０に固定されている。
また、これらパワー素子２２を、軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に実装するようにして、同じく軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に形成されたヒートマス３２に対向させ放熱させる。パワー素子２２を電動機本体１０より外側に実装することにより、パワー素子２２から後述する基板側放熱フィン３３までの距離が短くなり、放熱性を向上できる。さらに、パワー素子２２からヒートマス３２への放熱性を高めるために、基板２１のパワー素子２２を実装する部分に熱伝導率の高い銅インレイ（金属部材）２４を圧入すると共に、基板２１とヒートマス３２が当接する面に熱伝導率の高い伝熱ゲル（伝熱部材）２５を塗布して、熱的接続を向上させている。なお、基板２１に圧入する金属部材は、銅製に限定されるものではなく、少なくとも基板２１を構成する部材より熱伝導率の高い部材であればよい。また、基板２１とヒートマス３２との間に挟みこむ伝熱部材は、ゲル状の部材に限定されるものではなく、シート状の部材等でもよい。さらに、銅インレイ２４と伝熱ゲル２５は必須ではなく、省略してもよいし、いずれか一方のみ設けてもよい。
また、パワー素子２２の上面を、カバー４０に当接させ放熱させる。さらに、カバー４０のインバータ部２０側を向く面に、パワー素子２２の側面を囲う凹凸構造４２を形成して、パワー素子２２の発する熱をカバー４０へ伝えやすくする。さらに、この凹凸構造４２には熱伝導率の高い伝熱ゲル（伝熱部材）４３を充填させることが好ましい。このように、パワー素子２２の上面だけでなく側面もカバー４０に接触させることにより、接触面積を大きくとることができるので、カバー４０からの放熱率を向上させることができる。なお、アルミニウム製のカバー４０および凹凸構造４２が熱膨張した場合に凹凸構造４２の先端部分が基板２１に接触しないように、隙間を設けておく。
パワー素子２２の放熱率をさらに向上させる場合には、より熱伝導率の高い伝熱部材を使用したり、この伝熱部材の厚みを薄くして基板２１とヒートマス３２の間のクリアランスおよびパワー素子２２とカバー４０の間のクリアランスを小さくしたりすることが好ましい。
電動機本体１０は、ハウジング３０内に圧入固定されたステータ１１と、軸方向Ｘ周りに回転自在に支持されたシャフト１２と、シャフト１２を回転させるロータ１３と、結線板１８とを備える。ステータ１１は、２個のステータコア１４ａ，１４ｂと、このステータコア１４ａ，１４ｂの間に配置されたマグネット１５と、複数のコイル１６（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）と、これらを樹脂部材により一体化したモールド部１７とから構成される。コイル１６の端部はモールド部１７を貫通してインバータ部２０側へ突出し、樹脂部材でモールドされた結線板１８に接続される。結線板１８はパワー素子２２およびコネクタ部１９に接続される。
ロータ１３は、径方向外側に突出する突部を１８０度間隔に２箇所形成し、軸方向Ｘの途中で突部を９０度ずらした状態にする（突部１３ａ，１３ｂ）。これら突部１３ａ，１３ｂは、マグネット１５の界磁磁気力の作用により着磁される。コネクタ部１９を介して外部電源（不図示）からインバータ部２０へ直流電源が供給されると、インバータ部２０の制御素子が、シャフト１２の端部周辺に設けられた位置検出センサ２６からシャフト１２の回転位置を表す信号を取得し、その信号に基づいてパワー素子２２のスイッチング動作を制御して直流電流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電流に変換し、結線板１８を通じてコイル１６へ供給する。そして、コイル１６に流れた電流の向きに応じてステータ１１が着磁され、マグネット１５の界磁磁気力が作用しているロータ１３の周囲に回転磁界が生じて、ロータ１３が回転駆動される。
このロータ１３にシャフト１２を固着して、ロータ１３と一体にシャフト１２を回転させる。例えば電動機１を自動車用ターボチャージャおよび電動コンプレッサ等に適用する場合、シャフト１２をタービン（いわゆるインペラ）の回転軸に連結して、電動機１によりタービンを回転駆動する。
次に、電動機１の放熱経路を説明する。
図３は、電動機１の放熱経路を説明する図であり、図１に示す電動機１のパワー素子２２周辺を拡大して示している。
パワー素子２２の発する熱は、銅インレイ２４および伝熱ゲル２５を経由してヒートマス３２に伝わり（図３に矢印Ａで示す）、ヒートマス３２と熱的接続している基板側放熱フィン３３および電動機本体側放熱フィン３４から放熱される（図３に矢印Ｂ，Ｃで示す）。また、パワー素子２２の発する熱は、伝熱ゲル４３および凹凸構造４２を経由してカバー４０からも放熱される（図３に矢印Ｄで示す）。
また、電動機本体１０の発する熱は、電動機本体１０の周囲にあるハウジング３０を経由して電動機本体側放熱フィン３４へ伝わり（図３に矢印Ｅで示す）、電動機本体側放熱フィン３４から放熱される（図３に矢印Ｃで示す）。
なお、図示は省略するが、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４の周囲に冷却媒体（冷却風、冷却水等）を引き回して、放熱効果をさらに高めるようにしてもよい。
以上より、実施の形態１によれば、電動機１は、電動機本体１０と、電動機本体１０の軸方向Ｘの一端側に配置されて電動機本体１０を通電制御するパワー素子２２および制御素子が実装された基板２１と、電動機本体１０および基板２１を収容するハウジング３０とを備え、パワー素子２２は、基板２１の電動機本体１０とは逆側の面上、かつ、制御素子より外側に実装され、ハウジング３０は、基板２１の電動機本体１０を向く面側であってパワー素子２２に対向する位置にヒートマス３２を有するように構成した。このため、パワー素子２２の発する熱をヒートマス３２へ放熱できるようになり、パワー素子２２の放熱性を高めた電動機１を提供することができる。
また、パワー素子２２を積極的に冷却して温度上昇を抑制することができるようになるので、パワー素子２２の寿命を延ばすことができると共に制御素子への悪影響を回避できる。また、一枚の基板２１にパワー素子２２と制御素子を実装できるので、従来のように別々の基板に実装する場合に比べて構造の簡易化および小型化が可能となる。
また、パワー素子２２を積極的に冷却できるので、電動機１を使用する環境の許容温度を高くすることが可能となる。さらに、一般に電動機１の定格損失は所定の温度上昇幅に対する消費電力レベルで決定されているため、温度上昇を抑制することにより許容消費電力を増大できると共に所定温度に上昇するまでの時間を延ばすことができるようになり、通電時間を延ばすことが可能となる。このように、電動機１の性能向上を図ることもできる。
また、実施の形態１によれば、電動機１は、基板２１のパワー素子２２を実装する部分に貫通した、この基板２１より熱伝導率の高い銅インレイ２４と、この銅インレイ２４とヒートマス３２との間に設置され、パワー素子２２の熱を銅インレイ２４を介してヒートマス３２に伝える伝熱ゲル２５とを備えるように構成した。このため、放熱率をさらに向上させることができ、パワー素子２２の寿命および電動機１の性能を向上させることができる。
また、実施の形態１によれば、パワー素子２２を、軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に配置するようにしたので、同じく軸方向Ｘから見て電動機本体１０より外側に配置されたヒートマス３２に熱的接続でき、放熱性を向上できる。さらに、パワー素子２２がハウジング３０の外面に形成した基板側放熱フィン３３に近くなることによっても、放熱性を向上できる。
また、実施の形態１によれば、ハウジング３０は、ヒートマス３２を構成する部分の外面に基板側放熱フィン３３を有すると共に、電動機本体１０の軸方向Ｘの外周面を覆う部分の外面であって基板側放熱フィン３３に隣接する位置に電動機本体側放熱フィン３４を有し、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４とは突出方向を同一に形成するように構成した。このため、基板側放熱フィン３３と電動機本体側放熱フィン３４とをヒートマス３２に熱的接続して共有を図ることができ、よって、ハウジング３０の構造の簡易化および製造コストの低減が可能となる。また、フィンの突出方向を同一にしたので、放熱媒体の引き回し方向を同一にすることもできる。
また、実施の形態１によれば、電動機１は、基板２１の電動機本体１０とは逆側の面を覆い、この面上に実装されたパワー素子２２に伝熱ゲル４３を介して熱的接続するカバー４０を備えるように構成した。このため、パワー素子２２をヒートマス３２とカバー４０で挟み込んで両方向へ放熱させることができ、放熱率をさらに向上させることが可能である。
また、実施の形態１によれば、カバー４０が、パワー素子２２の側面を囲う凹凸構造４２を有するよう構成したので、パワー素子２２と放熱用のカバー４０との接触面積を大きくして放熱率をさらに向上させることができる。
また、実施の形態１によれば、ハウジング３０およびカバー４０を、熱伝導率の高いアルミニウム製にしたので、放熱率を向上できる。
なお、上記説明では、１２個のパワー素子２２を用いて三相交流電流を生成するインバータ部２０の例を示したが、これに限定されるものではなく、パワー素子２２の数は電動機１の構成に応じて適宜決定すればよい。
それ以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
１ 電動機、１０ 電動機本体、１１ ステータ、１２ シャフト、１３ ロータ、１３ａ，１３ｂ 突部、１４ａ，１４ｂ ステータコア、１５ マグネット、１６ コイル、１７ モールド部、１８ 結線板、１９ コネクタ部、２０ インバータ部、２１ 基板、２１ａ パワー基板領域、２１ｂ 制御基板領域、２２ パワー素子、２３ ネジ、２４ 銅インレイ、２５，４３ 伝熱ゲル、２６ 位置検出センサ、３０ ハウジング、３１ 開口部、３２ ヒートマス、３３ 基板側放熱フィン、３４ 電動機本体側放熱フィン、４０ カバー、４１ Ｏリング、４２ 凹凸構造。
この発明の電動機は、電動機本体と、電動機本体の軸方向一端側に配置され、電動機本体を通電制御するパワー素子および制御素子が実装された基板と、電動機本体を収容するハウジングとを備え、パワー素子は、基板の電動機本体とは逆側の面上、かつ、制御素子より外側に実装され、ハウジングは、基板の電動機本体を向く面側であってパワー素子に対向する位置にヒートマスを有し、基板の、パワー素子を実装する部分に貫通した、当該基板より熱伝導率の高い金属部材と、金属部材とヒートマスとの間に設置され、パワー素子の熱を金属部材を介してヒートマスに伝える伝熱部材とを備えるようにしたものである。

Claims (8)

  1. 電動機本体と、
    前記電動機本体の軸方向一端側に配置され、前記電動機本体を通電制御するパワー素子および制御素子が実装された基板と、
    前記電動機本体を収容するハウジングとを備える電動機であって、
    前記パワー素子は、前記基板の前記電動機本体とは逆側の面上、かつ、前記制御素子より外側に実装され、
    前記ハウジングは、前記基板の前記電動機本体を向く面側であって前記パワー素子に対向する位置にヒートマスを有することを特徴とする電動機。
  2. 基板の、パワー素子を実装する部分に貫通した、当該基板より熱伝導率の高い金属部材と、
    前記金属部材とヒートマスとの間に設置され、前記パワー素子の熱を前記金属部材を介して前記ヒートマスに伝える伝熱部材とを備えることを特徴とする請求項１記載の電動機。
  3. パワー素子は、軸方向から見て電動機本体より外側に配置されたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
  4. ハウジングは、ヒートマスを構成する部分の外面に基板側放熱フィンを有すると共に、電動機本体の軸方向の外周面を覆う部分の外面であって前記基板側放熱フィンに隣接する位置に電動機本体側放熱フィンを有し、前記基板側放熱フィンと前記電動機本体側放熱フィンとは突出方向が同一であることを特徴とする請求項１記載の電動機。
  5. 基板の電動機本体とは逆側の面を覆い、当該面上に実装されたパワー素子に熱的接続する放熱カバーを備えることを特徴とする請求項１記載の電動機。
  6. 放熱カバーは、パワー素子の側面を囲う凹凸構造を有することを特徴とする請求項５記載の電動機。
  7. 放熱カバーは、アルミニウム製であることを特徴とする請求項５記載の電動機。
  8. ハウジングは、アルミニウム製であることを特徴とする請求項１記載の電動機。
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