WO2016199219A1

WO2016199219A1 - 機電一体型の回転電機装置

Info

Publication number: WO2016199219A1
Application number: PCT/JP2015/066578
Authority: WO
Inventors: 明野崎
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2016-12-15
Also published as: JP6414332B2; JPWO2016199219A1

Abstract

ハウジング本体（８）は、回転電機（９）を収容するモータ部（３）と、電力変換装置（１１）を収容するインバータ部（５）とを有し、ハウジング本体（８）のインバータ部（５）にカバー（７）を組み付ける。インバータ部（５）にトレイ（１７）を固定し、トレイ（１７）に電力変換装置（１１）のパワーモジュール（１５）を取り付ける。カバー（７）に電力変換装置（１１）の平滑コンデンサ（１３）を取り付ける。カバー（７）をインバータ部（５）に固定すると、平滑コンデンサ（１３）の接続端子（２９）がパワーモジュール（１５）の端子（２７）に接触する。トレイ（１７）は、接続端子（２９）と端子（２７）とが接触する際に変形する変形部（１７ｐ）を備える。

Description

機電一体型の回転電機装置

　本発明は、回転電機及び電力変換装置を一体的にハウジングに収容する機電一体型の回転電機装置に関する。

　特許文献１の技術は、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ハウジングに一体的に収容している。モータをハウジング内に収容し、ハウジングに設けた取付座の上にインバータを取り付けている。

特開２００５－３６７７３号公報

　インバータを取り付ける取付座が一体構成されるハウジングは、インバータの形状や大きさが変わると設計変更する必要が生じる。このような事態を避けるために、取付座に代えてハウジングとは別体の取付部材となるトレイを設けることが考えられる。そして、ハウジングには、インバータを取り付けた状態のトレイを固定することになる。

　インバータは、パワー半導体素子を有するパワーモジュールを備え、パワーモジュールから引き出される端子を、トレイ上にて他の接続端子に接触させて、電気的に接続することがある。しかし、トレイ上における端子同士の接続においては、トレイの製造上の誤差により、パワーモジュールの端子と他の接続端子との間で充分な面圧が確保できず、端子同士の接触性が悪化する恐れがある。

　そこで、本発明は、トレイ上のパワーモジュールの端子と他の接続端子との接触性を高めることを目的としている。

　本発明は、ハウジングに収容される回転電機と、パワーモジュールを有する電力変換装置との間に位置して、パワーモジュールが配置されるトレイを備える。トレイは、パワーモジュールが配置された状態で、パワーモジュールの端子と接続端子との接触に際し変形する変形部を備える。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる回転電機装置の斜視図である。図２は、図１の回転電機装置の分解斜視図であり、（ａ）はカバー、（ｂ）はハウジング本体及びトレイをそれぞれ示す。図３は、図１に対しハウジング本体からカバーを外した状態を示す斜視図である。図４は、トレイがハウジング本体のインバータ部に取り付けられた状態を示す平面図である。図５は、図４のＡ－Ａ断面図である。図６は、図４のＢ－Ｂ断面図である。図７は、第１の実施形態の変形例を示し、（ａ）は図４に対応する平面図、（ｂ）は（ａ）におけるトレイのＣ－Ｃ断面図である。図８は、本発明の第２の実施形態に係わる回転電機装置の図２に対応する分解斜視図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係わる、図６に対応する断面図である。図１０は、本発明の第３の実施形態に係わる、図６に対応する断面図である。図１１は、本発明の第４の実施形態に係わる、図６に対応する断面図である。図１２は、本発明の第５の実施形態に係わる、図６に対応する断面図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　図１は、本発明の第１の実施形態に係わる機電一体型の回転電機装置の斜視図である。回転電機装置のハウジング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、インバータ部５の上部を覆うカバー７とを備えている。モータ部３とインバータ部５は、ハウジング本体８を構成している。

　モータ部３内には、回転電機としての三相交流モータ（以下、単にモータという。）９が収容される。インバータ部５上のカバー７に覆われる部分には、電力変換装置としてのインバータ１１が収容される。すなわち、ハウジング１は、モータ９とインバータ１１とを一体的に収容する。

　インバータ１１は、電気部品として、平滑コンデンサ１３、パワー半導体素子を有するパワーモジュール１５などを備えている。インバータ１１は、取付部材となるトレイ１７のモータ９と反対側に配置される。ハウジング１のインバータ部５には、図２に示すように、トレイ１７を載せて固定するための長方形状の底壁１９が形成されている。

　底壁１９の四隅及び、長方形状における二つの長辺部の中央の全部で６箇所には、ボス部２１が形成され、ボス部２１上にトレイ１７が載置される。ボス部２１上にトレイ１７を載置した状態で、図２、図３に示すように、ボルト２３を用いてトレイ１７を底壁１９上に締結固定する。ボルト２３は、図３に示すように、トレイ１７のボルト挿入孔１７ａに挿入し、ボス部２１のねじ孔２１ａに締結する。

　ボス部２１上に固定した状態のトレイ１７は、図５に示すように、上面がインバータ部５の周縁の上端面５ａとほぼ同一面となる。インバータ部５の上端面５ａは、図２、図３に示すように、トレイ１７の周囲を囲むような長方形状となっている。

　図４に示すように、トレイ１７の長手方向中央の二つのボルト２３相互間において、パワーモジュール１５が固定部位１８にてトレイ１７に固定される。パワーモジュール１５のトレイ１７の長手方向一方側（図４中で下部側）の側縁から三つの電源端子２５が引き出されている。電源端子２５は図示しないバスバーなどの導電部材を介してモータ９のコイルに接続される。

　パワーモジュール１５のトレイ１７の長手方向他方側（図４中で上部側）から二つの端子２７が引き出されている。端子２７は、図２に示す平滑コンデンサ１３の接続端子２９に、接触することで電気的に接続される。平滑コンデンサ１３は、図２に示すように、カバー７の内側に形成してあるコンデンサ収容部７ａ内に収容した状態で固定されている。

　図２のように平滑コンデンサ１３を固定した状態のカバー７を、図３のハウジング本体８のインバータ部５上に載せて、図示しないボルトなどの締結具により固定して、図１の回転電機装置となる。このとき、平滑コンデンサ１３の接続端子２９が、パワーモジュール１５の端子２７に接触する。これにより、平滑コンデンサ１３とパワーモジュール１５とが電気的に接続される。

　トレイ１７は、板状の弾性変形し得る金属製であり、パワーモジュール１５の電源端子２５及び端子２７に対しては電気的に絶縁されている。

　図２～図４に示すように、トレイ１７は、六つのボルト２３による締結部の近傍に、スリット１７ｂを設けている。スリット１７ｂは、図４に示す底壁１９のボス部２１の側縁に対応する位置で、トレイ１７の長方形状の一方の長辺部から他方の長辺部に向けて短辺部と平行に設けている。

　各スリット１７ｂは、図４に示すように、端子２７よりも、トレイ１７の図４中で左右方向の中央側に達している。すなわち、スリット１７ｂの端部１７ｂ１は、トレイ１７の短辺部と平行な方向（図４中で左右方向）に関し、二つの端子２７相互間に位置している。

　トレイ１７の長手方向（図４中で上下方向）の両端部では、スリット１７ｂをボス部２１の一方の側縁に沿って形成することで、トレイ１７に舌辺状の固定部１７ｃが形成される。トレイ１７の長手方向の中央部では、スリット１７ｂをボス部２１の両方の側縁に沿って形成することで、トレイ１７に舌辺状の固定部１７ｄが形成される。このように、トレイ１７に複数のスリット１７ｂを形成し、これにより、端子２７が位置する側の図４中で上下二つのスリット１７ｂに囲まれた領域のトレイ１７に、左右二箇所の変形部１７ｐが設けられる。

　固定部１７ｃ，１７ｄがボルト２３によりボス部２１に固定されることで、トレイ１７がハウジング本体８のインバータ部５に取り付けられる。固定部１７ｃ，１７ｄがボス部２１に固定された状態で各スリット１７ｂは、トレイ１７の長手方向（図４中で上下方向）に関し、一部がボス部２１の側縁に対応し、他の一部がボス部２１から外れた位置に対応する。換言すれば、トレイ１７の長手方向に関し、固定部１７ｃと固定部１７ｄとの間のトレイ１７は、ボス部２１に対しずれた位置にあって離間している。

　次に作用を説明する。

　図３のように、トレイ１７を、ハウジング本体８のインバータ部５にボルト２３により締結固定した状態で、図２に示すカバー７を、図１のようにインバータ部５に図示しないボルトなどの締結部を用いて固定する。このとき、図２に示す平滑コンデンサ１３の接続端子２９が、図２に示すパワーモジュール１５の端子２７に押し付けられるようにして接触する。

　パワーモジュール１５の端子２７は、トレイ１７に対し電気的に絶縁された状態で接触するように設計されている。しかし、トレイ１７やハウジング１などの部品の製造誤差によって、図６に示すように、二つの端子２７うち例えば図６中で右側の端子２７がトレイ１７に対して離間した状態となることがある。すなわち、図６中で右側の端子２７とトレイ１７との間に隙間Ｃが発生する。

　この場合、カバー７をインバータ部５に組み付けるときに、二つの接続端子２９のうち、図６中で右側の接続端子２９が先に端子２７に接触する。このときトレイ１７は、スリット１７ｂを備えることによって、変形部１７ｐが変形する。これにより、先に接触した右側の接続端子２９と端子２７との接触面圧が緩和される。さらにその後、図６中で左側の接続端子２９が端子２７に接触する。

　このように、本実施形態では、トレイ１７が端子２７と接続端子２９との接触に際し変形する変形部１７ｐを備えることにより、トレイ１７に製造誤差が発生したとしても、左右両者における端子同士の接触を確実に得ることができる。

　また、二つの接続端子２９の対応する二つの端子２７に対する押し付け力は、一方に隙間Ｃが発生したとしても、変形部１７ｐの作用により、左右両者における押し付け面圧の差が小さくなる。したがって、本実施形態では、片側だけ非接触状態になりやすい状況を避け、左右両者における端子同士の接触を確実に得ることができるようになる。

　本実施形態は、カバー７とハウジング本体８との組み付けにおいて、変形部１７ｐが、パワーモジュール１５の端子２７と平滑コンデンサ１３の接続端子２９との接触に際し変形する。してみれば、本実施形態においては、トレイ１７に変形部１７ｐを設けたことにより、パワーモジュール１５の端子２７と平滑コンデンサ１３の接続端子２９との接触、ひいては、パワーモジュール１５と平滑コンデンサ１３との電気的な接続を確実に得ることができる。

　なお、本実施形態は、トレイ１７の上下方向（図４中で紙面に直交する方向）に貫通しているスリット１７ｂにより変形部１７ｐを形成したが、必ずしもそれに限ることなない。例えば、図７に示すように、トレイ１７の表面にスリット１７ｂに代えて溝１７ｅを設けることで、変形部１７ｐを形成するようにしてもよい。溝１７ｅは、トレイ１７に例えば機械加工することによって形成すればよく、変形部１７ｐを容易に設けることができる。溝１７ｅは、トレイ１７の裏面に設けてもよく、トレイ１７の表裏両面にそれぞれ設けてもよい。すなわち、トレイ１７は、表裏両面の少なくとも一方の面に溝が設けられることによって変形部１７ｐが形成される。

　図８、図９は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、第1の実施形態に対し、ハウジング本体８におけるインバータ部５の底壁１９に、トレイ１７に向けて突出する支持部としての凸部３１を設けている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。

　凸部３１は、図６に対応する図９に示すように、上面が凸状の曲面となる曲面部３１ａを備えている。凸部３１は、底壁１９の図９中で左右方向ほぼ中央に位置し、曲面部３１ａの頂部３１ａ１がトレイ１７の下面にほぼ接触している。頂部３１ａ１のトレイ１７に対するほぼ接触する位置は、二つの端子２７相互間のほぼ中央である。

　第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、カバー７をハウジング本体８のインバータ部５に固定することで、平滑コンデンサ１３の接続端子２９がパワーモジュール１５の端子２７に接触する。このとき、第１の実施形態と同様に、二つの端子２７のうち例えば図９中で右側の端子２７がトレイ１７に対して離間した状態では、変形部１７ｐが端子２７と接続端子２９との接触に際し変形する。

　変形部１７ｐが変形する場合には、凸部３１が、二つの端子２７相互間においてトレイ１７を支持することになる。すなわち、トレイ１７をインバータ１１と反対側から支持する支持部となる凸部３１が、端子２７及び接続端子２９の位置に対応してハウジング本体８に設けられている。

　トレイ１７は、凸部３１によりハウジング本体８に支持されることで、端子２７と接続端子２９との接触に際し、トレイ１７を凸部３１の頂部３１ａ１を支点として変形させることができる。したがって、本実施形態では、トレイ１７に製造誤差が発生したとしても、パワーモジュール１５の端子２７と平滑コンデンサ１３の接続端子２９との間において、さらに確実な接触を得ることができるようになる。

　図１０は、本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、第１の実施形態に対し、トレイ１７とハウジング本体８におけるインバータ部５の底壁１９との間に、弾性部材としてのコイルばね３３を設けている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

　コイルばね３３は、パワーモジュール１５の二つの端子２７に対応する位置にそれぞれ配置してある。この場合、二つのコイルばね３３が、二つの端子２７に対応する位置のトレイ１７の変形部１７ｐを弾性的に支持して付勢することになる。

　第３の実施形態は、端子２７と接続端子２９との接触面圧が、トレイ１７の弾性変形によって高まる上、コイルばね３３がトレイ１７を押圧して付勢することで、端子２７と接続端子２９との接触面圧がさらに高まる。よって、端子２７と接続端子２９との接触性がさらに向上する。

　また、二つのコイルばね３３により、二つの端子２７に対して個別に弾性力を付与するので、二つの端子２７に対して個別に面圧を加えることができる。

　図１１は、本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態は、図１０に示した第３の実施形態におけるコイルばね３３に代えて、板ばね３５を設けている。その他の構成は第３の実施形態と同様である。

　板ばね３５は、ハウジング本体８におけるインバータ部５の底壁１９上に配置する。板ばね３５は、底壁１９に接触する平板部３５ａと、平板部３５ａからトレイ１７に向けて突出するようにして凸曲面状に屈曲する二つの屈曲部３５ｂとを備える。二つの屈曲部３５ｂは、パワーモジュール１５の二つの端子２７に対応する位置にそれぞれ設定している。この場合、二つの屈曲部３５ｂが、二つの端子２７に対応する位置のトレイ１７の変形部１７ｐを弾性的に支持して付勢することになる。

　第４の実施形態は、端子２７と接続端子２９との接触面圧が、トレイ１７の弾性変形によって高まる上、板ばね３５の屈曲部３５ｂがトレイ１７を押圧して付勢することで、端子２７と接続端子２９との接触面圧がさらに高まる。よって、端子２７と接続端子２９との接触性がさらに向上する。

　また、二つの屈曲部３５ｂにより、二つの端子２７に対して個別に弾性力を付与するので、二つの端子２７に対して個別に面圧を加えることができる。

　なお、図１０における二つのコイルばね３３及び、図１１における二つの屈曲部３５ｂは、二つの端子２７に対してずれた位置に配置してもよい。

　図１２は、本発明の第５の実施形態を示す。第５の実施形態は、トレイ１７のパワーモジュール１５を含むインバータ１１と反対のハウジング本体８側に、インバータ１１を冷却する冷却部となる冷却器３７を設けている。

　冷却器３７は、冷却水Ｗが封入される冷却水封入部材３９を備えている。冷却水封入部材３９は、底壁部３９ａと、底壁部３９ａの周囲からトレイ１７に向けて立ち上がる側壁部３９ｂとを備えている。冷却水封入部材３９は、側壁部３９ｂの先端をトレイ１７のスリット１７ｂを避けた位置に接合固定することで、トレイ１７との間に冷却水Ｗを封入する冷却水通路を形成する。

　なお、底壁部３９ａには、図示していないが、冷却水の導入口及び排出口が形成されている。冷却水の導入口には、図示しない冷却水ポンプから冷却水が導入される。排出口から排出される冷却水は、ハウジング本体８におけるモータ部３の壁部内に形成してある冷却水流路を通ってモータ９を冷却した後、モータ部３の外部に排出される。

　冷却水封入部材３９の底壁部３９ａの下面には、インバータ部５の底壁１９側に向けて突出する突起３９ｃが形成されている。突起３９ｃは、例えば断面ほぼ半球状でよく、二つの端子２７相互間に位置し、底壁１９にほぼ接触している。

　平滑コンデンサ１３の接続端子２９が端子２７に接触してトレイ１７が下方に押圧されるときに、突起３９ｃが底壁１９に接触することで、トレイ１７が突起３９ｃにより底壁１９に支持されることになる。このとき、冷却水封入部材３９は、突起３９ｃを支点に変形して、トレイ１７を上側に付勢し、端子２７と接続端子２９との接触面圧を確保する。よって、端子２７と接続端子２９との接触性がさらに向上する。

　図１２に示した第５の実施形態は、トレイ１７に設けた突起３９ｃに代えて、底壁１９に突起を設けてもよい。すなわち、冷却器３７の冷却水封入部材３９とハウジング本体８の底壁１９との少なくともいずれか一方に、冷却器３７がハウジング本体８の底壁１９に接触して支持される突起が設けられている。

　また、第５の実施形態は、端子２７に対応する位置の冷却器３７の冷却水通路内に、コイルばねなどの弾性体を設置してもよい。この場合、弾性体は、端子２７に対応する位置のトレイ１７と、冷却水封入部材３９の底壁部３９ａとの間に設置する。冷却器３７の冷却水通路内に弾性体を設けることによって、端子２７がトレイ１７を介して接続端子２９に向けて押し付けられるので、端子２７と接続端子２９との接触性がより一層向上する。

　なお、上記した各実施形態のトレイ１７は、端子２７と接続端子２９とが接触するときの変形に関し、弾性変形であってもよく、塑性変形であってもよい。

　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、スリット１７ｂに代えて、図４中で上下方向幅がスリット１７ｂよりも広い切欠部のようなものでもよい。この場合、端子２７が変形部１７ｐに対応する位置にあることが必要である。図８における溝１７ｅの図４中で上下方向幅についても、スリット１７ｂのような狭い幅でなくてもよい。また、トレイ１７は、導電性部材で構成される金属製に限ることはなく、変形すればよいので樹脂製でもよい。

　上記各実施形態では、平滑コンデンサ１３をカバー７に取り付け、パワーモジュール１５をトレイ１７に取り付けているが、平滑コンデンサ１３をトレイ１７に取り付け、パワーモジュール１５をカバー７に取り付けてもよい。この場合、平滑コンデンサ１３から図３の端子２７のような端子を引き出し、当該端子にカバー７側の接続端子を接触させる。

　また、平滑コンデンサ１３を、パワーモジュール１５と共にトレイ１７に取り付けてもよい。この場合、平滑コンデンサ１３をトレイ１７に取り付けるときに、図２に示す接続端子２９をパワーモジュール１５の端子２７に接触させる。

　電力変換装置としてインバータ１１に限らず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９に限らず発電機にも本発明を適用できる。

　本発明は、回転電機及び電力変換装置を一体的にハウジングに収容する機電一体型の回転電機装置に適用される。

　１　ハウジング
　７　カバー
　８　ハウジング本体
　９　モータ（回転電機）
　１１　インバータ（電力変換装置）
　１５　パワーモジュール
　　１７　トレイ
　　１７ｂ　トレイのスリット
　　１７ｅ　トレイの溝
　　１７ｐ　トレイの変形部
　　２７　パワーモジュールの端子
　　２９　平滑コンデンサの接続端子
　　３１　凸部（支持部）
　　３３　コイルばね（弾性部材）
　　３５　板ばね（弾性部材）
　　３７　冷却器（冷却部）
　　３９ｃ　突起

Claims

　回転電機と、
　パワーモジュールを有し、前記回転電機に接続される電力変換装置と、
　前記回転電機と前記電力変換装置とを一体的に収容するハウジングと、
　前記回転電機と前記電力変換装置との間に位置して前記ハウジングに取り付けられ、前記パワーモジュールが配置されるトレイと、
　前記パワーモジュールから引き出される端子と、
　前記パワーモジュールが前記トレイ上に配置された状態で前記端子が接触して電気的に接続される接続端子と、を有し、
　前記トレイは、前記端子と前記接続端子との接触に際し変形する変形部を備えることを特徴とする機電一体型の回転電機装置。
　前記ハウジングは、前記回転電機及び前記トレイが取り付けられるハウジング本体と、前記トレイを覆うようにして前記ハウジング本体に組み付けられるカバーと、を備え、
　前記カバーに、前記接続端子を備えるコンデンサが設けられ、
　前記変形部は、前記端子と前記接続端子との接触に際し変形することを特徴とする請求項１に記載の機電一体型の回転電機装置。
　前記トレイは、スリットが設けられることによって前記変形部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の機電一体型の回転電機装置。
　前記トレイは、表裏両面の少なくとも一方の面に溝が設けられることによって前記変形部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の機電一体型の回転電機装置。
　前記ハウジングに設けられるものであって、前記端子と前記接続端子との接触に際し、前記トレイを前記電力変換装置と反対側から支持する支持部を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の機電一体型の回転電機装置。
　前記トレイの前記電力変換装置と反対側に、前記端子と前記接続端子との接触に際し、前記変形部を付勢する弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の機電一体型の回転電機装置。
　前記トレイの前記ハウジング側に前記電力変換装置を冷却する冷却部が設けられ、
　前記冷却部と前記ハウジングとの少なくともいずれか一方に、前記冷却部が前記ハウジングに接触して支持される突起を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の機電一体型の回転電機装置。