WO2019208064A1 - インバータユニットおよびモータユニット - Google Patents

Abstract

インバータと、インバータを収容するケースと、を備える。ケースは、水平平面に沿って延びる底部と、底部の外縁から、上側に突出する側壁部と、を有する。底部には、上側に開口する主凹部と、主凹部の底面から下側に凹む第１の凹部および第２の凹部と、底部の内部を水平平面に沿って延びて第１の凹部とケースの外側面とに開口する第１の流路と、底部の内部を水平平面に沿って延びて第２の凹部とケースの外側面とを繋ぐ第２の流路と、が設けられる。主凹部の開口は、インバータの一部により覆われる。第１の流路および第２の流路のケースの外側面の開口には、それぞれ冷媒が流れる配管が接続される。第２の流路の一部が、上下方向から見て主凹部と重なる。

Description

インバータユニットおよびモータユニット

　本発明は、インバータユニットおよびモータユニットに関する。本出願は、２０１８年４月２５日に提出された日本特許出願第２０１８－０８４４６０号に基づいている。本出願は、当該出願に対して優先権の利益を主張するものである。その内容全体は、参照されることによって本出願に援用される。

　近年、ハイブリッド車両等のモータやジェネレータの制御ユニットとして、インバータを備えたインバータユニットが開発されている。インバータユニットのインバータには、発熱部品が含まれるため、これらを適切に冷却することが求められる。日本国公開公報２００３－１９９３６３号公報には、発熱部品を冷却する冷媒流路が設けられたケースを有するインバータユニットが記載されている。

日本国公開公報２００３－１９９３６３号公報

　従来のインバータユニットでは、冷却効率を高めるために冷媒流路が複雑化し、ケースの製造コストが高まるという問題があった。

　本発明は、上記事情に鑑みて、安価に製造することができ、かつ冷却効率を高めることができるインバータユニットおよびインバータユニットを備えるモータユニットの提供を目的の一つとする。

　本発明のインバータユニットの一つの態様は、インバータと、前記インバータを収容するケースと、を備える。前記ケースは、水平平面に沿って延びる底部と、前記底部の外縁から、上側に突出する側壁部と、を有する。底部には、上側に開口する主凹部と、主凹部の底面から下側に凹む第１の凹部および第２の凹部と、前記底部の内部を水平平面に沿って延びて前記第１の凹部と前記ケースの外側面とに開口する第１の流路と、前記底部の内部を水平平面に沿って延びて前記第２の凹部と前記ケースの外側面とを繋ぐ第２の流路と、が設けられる。主凹部の開口は、前記インバータの一部により覆われる。前記第１の流路および前記第２の流路の前記ケースの外側面の開口には、それぞれ冷媒が流れる配管が接続される。前記第２の流路の一部が、上下方向から見て前記主凹部と重なる。

　本発明のモータユニットの一つの態様は、上述のインバータユニットと、前記インバータユニットから交流電流を供給される前記モータと、を備える。

　本発明の一つの態様によれば、安価に製造することができ、かつ冷却効率を高めることができるインバータユニットおよびインバータユニットを備えるモータユニットが提供される。

図１は、一実施形態のモータユニットの平面図である。 図２は、一実施形態のインバータユニットの断面模式図である。 図３は、一実施形態のインバータユニットのケースの平面図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るインバータユニット１およびモータユニット３について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

　以下の説明では、モータユニット３が水平な路面上に位置する車両に搭載された場合の位置関係を基に、重力方向を規定して説明する。なお、本明細書におけるモータユニット３およびインバータユニット１の姿勢は一例であって、実際にモータユニット３およびインバータユニット１が取り付けられる姿勢を限定するものではない。

　図面には、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち上下方向）を示し、＋Ｚ方向が上側（重力方向の反対側）であり、－Ｚ方向が下側（重力方向）である。また、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向であってインバータユニット１が搭載される車両の前後方向を示す。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向であって、車両の幅方向（左右方向）を示す。

　以下、図面を基に本発明の例示的な一実施形態に係るインバータユニット１およびインバータユニット１を備えるモータユニット３について説明する。

＜モータユニット＞
　図１は、モータユニット３の平面図である。
　モータユニット３は、インバータユニット１と、モータ２と、ハウジング４と、減速装置５と、を有する。

　本実施形態のモータユニット３は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等、モータを動力源とする車両に搭載され、その動力源として使用される。

　ハウジング４は、内部にモータ２および減速装置５を収容する収容空間が設けられる。ハウジング４の外側面には、インバータユニット１が固定される。　モータ２は、インバータユニット１から交流電流を供給される。モータ２は、インバータユニット１により、制御される。モータ２は、水平方向に延びるモータ軸Ｊを中心として回転するロータと、ロータの径方向外側に位置するステータと、を備える。ステータのコイル線は、インバータユニット１に接続される。　減速装置５は、モータ２のロータに接続される。減速装置５は、モータ２の回転を減速し出力する。

＜インバータユニット＞
　図２は、インバータユニット１の断面模式図である。
　インバータユニット１は、ケース１０と、蓋部１１と、制御基板２１と、インバータ２５と、を備える。

（制御基板）
　制御基板２１は、モータ２に接続されてモータ２を制御する。例えば、モータユニット３が、レゾルバ等のエンコーダを有する場合に、制御基板２１は、エンコーダにより測定されるモータ２の回転数を基に、モータ２の回転数をフィードバック制御する。

（インバータ）
　インバータ２５は、パワー基板２２と、コンデンサ２３と、スイッチング素子２４と、を有する。本実施形態のスイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。コンデンサ２３およびスイッチング素子２４は、それぞれパワー基板２２に接続される。インバータ２５は、外部電源装置に接続される。外部電源装置は、例えば車両に搭載された二次電池である。インバータ２５は、外部電源装置９から供給された直流電流を交流電流に変換して、モータ２に供給する。

（ケース）
　ケース１０は、例えばアルミニウム合金から構成される。ケース１０は、ダイカスト等の鋳造により成形される。

　ケース１０は、上側に開口する。ケース１０の上側の開口は、蓋部１１により覆われる。ケース１０の内部には、収容空間１３が設けられる。収容空間１３には、制御基板２１およびインバータ２５が収容される。制御基板２１およびインバータ２５は、収容空間１３の内部において、ケース１０に固定される。

　ケース１０は、水平平面に沿って延びる底部１５と、底部１５の外縁から上側に突出する側壁部１６と、を有する。収容空間１３は、底部１５と側壁部１６と蓋部１１とに囲まれた空間である。底部１５は、上下方向から見て略矩形状である。底部１５は、収容空間１３の下側に位置する。側壁部１６は、収容空間１３を水平方向から囲む。側壁部１６の上端面には、蓋部１１が固定される。

　底部１５の上面１５ａには、上側に突出する台座部１７が設けられる。すなわち、底部１５は、台座部１７を有する。台座部１７は、上面１７ａを有する。台座部１７の上面１７ａは、底部１５の上面１５ａの一部である。

　台座部１７の上面１７ａには、環状に繋がる凹溝１８が設けられる。凹溝１８には、パッキン（止水部材）１９が収容される。また、台座部１７の上面に１７ａは、スイッチング素子２４が固定される。パッキン１９は、台座部１７とスイッチング素子２４との間に挟み込まれる。

　底部１５には、冷媒流路３０が設けられる。冷媒流路３０の両端部には、それぞれ配管６が接続される。すなわち、インバータユニット１には、一対の配管６が接続される。配管６には、図示略のラジエーターで冷却された冷媒が流される。冷媒は、配管６から冷媒流路３０の一方の端部に流入し、冷媒流路３０を流れる過程で、インバータ２５を冷却する。また、冷媒は、冷媒流路３０の他方の端部から配管６に流出し、配管６を介してラジエーターに送られる。

　底部１５には、主凹部３５と、第１の凹部３１と、第２の凹部３２と、第１の流路３６と、第２の流路３７と、が設けられる。主凹部３５、第１の凹部３１、第２の凹部３２、第１の流路３６および第２の流路３７は、冷媒流路３０を構成する。

（主凹部）
　図３は、ケース１０の平面図である。　主凹部３５は、底部１５の上面１５ａに設けられる。より詳細には、主凹部３５は、台座部１７の上面１７ａに設けられる。主凹部３５は、上側に開口する。主凹部３５は、上下方向から見て、水平平面内の一方向（本実施形態においてＹ軸方向）を長手方向とする略矩形である。主凹部３５は、上下方向から見て、パッキン１９およびパッキン１９が嵌る凹溝１８に囲まれる。

　図２に示すように、主凹部３５の開口は、スイッチング素子２４により覆われる。すなわち、主凹部３５の開口は、インバータ２５の一部に覆われる。主凹部３５の底面３５ａは、スイッチング素子２４の下面２４ｂと上下方向に対向する。スイッチング素子２４の下面２４ｂと、主凹部３５の内壁面とで囲まれた空間は、冷媒流路３０の一部を構成する。スイッチング素子２４の下面２４ｂには、複数の放熱ピン２４ａが設けられる。スイッチング素子２４の下面２４ｂおよび複数の放熱ピン２４ａは、冷媒流路３０を流れる冷媒に接触する。

　本実施形態によれば、インバータ２５の表面の一部（本実施形態においてスイッチング素子２４の下面２４ｂおよび放熱ピン２４ａの表面）が、冷媒流路３０の内壁面の一部を構成する。したがって、冷媒流路３０を流れる冷媒に、インバータ２５を直接的に冷却させることができる。これにより、冷媒によるインバータ２５の冷却効率を高めることができる。

（第１の凹部および第２の凹部）
　第１の凹部３１および第２の凹部３２は、主凹部３５の底面３５ａから下側に凹む。第１の凹部３１および第２の凹部３２は、上側に開口する。第１の凹部３１および第２の凹部３２は、主凹部３５の底面３５ａにおいて、Ｙ軸方向に並ぶ。すなわち、第１の凹部３１および第２の凹部３２は、主凹部３５の長手方向に並ぶ。第１の凹部３１および第２の凹部３２は、それぞれ主凹部３５の長手方向両端部に位置する。

　主凹部３５、第１の凹部３１および第２の凹部３２は、全て上側に開口する。すなわち、主凹部３５、第１の凹部３１および第２の凹部３２の開口方向は、ケース１０の開口方向と一致する。このため、ケース１０をダイカスト等の鋳造により成形する場合に、主凹部３５、第１の凹部３１および第２の３２を金型の形状によって成形することができる。本実施形態の主凹部３５、第１の凹部３１および第２の３２の形成には、切削等の後加工を必要としない。

（第１の流路）
　図３に示すように、第１の流路３６は、底部１５の内部を水平平面に沿って延びる。第１の流路３６は、第１開口３６ａと第２開口３６ｂとを有する。第１の流路３６は、第１開口３６ａにおいてケース１０の外側面に開口する。また、第１の流路３６は、第２開口３６ｂにおいて第１の凹部３１に開口する。すなわち、第１の流路３６は、第１の凹部３１とケース１０の外側面とに開口する。第１開口３６ａには、配管６が接続される。

　第１の流路３６は、全長に亘って直線状に延びる。本実施形態において、第１の流路３６は、Ｙ軸方向に延びる。本実施形態によれば、第１の流路３６は、全長に亘って直線状であるため、ドリル等の切削工具を用いて底部１５を切削加工することで容易に形成できる。

（第２の流路）
　第２の流路３７は、底部１５の内部を水平平面に沿って延びる。第２の流路３７は、第３開口３７ａと第４開口３７ｂとを有する。第２の流路３７は、第３開口３７ａにおいてケース１０の外側面に開口する。また、第２の流路３７は、第４開口３７ｂにおいて第２の凹部３２に開口する。すなわち、第２の流路３７は、第２の凹部３２とケース１０の外側面とに開口する。第３開口３７ａには、配管６が接続される。第３開口３７ａは、第１開口３６ａと同方向を向く。　なお、本明細書において、「２つの開口が同方向を向く」とは、それぞれの開口の中心軸同士が厳密に平行な場合に加えて、それぞれの開口の中心軸同士が、互いに±４５°以下の範囲で傾いている場合を含む。

　第２の流路３７は、第１直線部３８と第２直線部３９とを有する。第１直線部３８と第２直線部３９は、互いに繋がっている。第１直線部３８および第２直線部３９は、それぞれ直線状に延びる。本実施形態において、第１直線部３８は、Ｙ軸方向に延びる。また、第２直線部３９は、Ｙ軸方向に対してＸ軸方向に傾斜して延びる。すなわち、第２直線部３９は、第１直線部３８の延びる方向に対して傾斜して延びる。したがって、第２の流路３７は、第１直線部３８と第２直線部３９との接続部で折れ曲がった流路である。

　本実施形態によれば、第２の流路３７は、互いに繋がる２つの直線部（第１直線部３８および第２直線部３９）から構成される。このため、第２の流路３７は、ドリル等の切削工具を用いて底部１５に第１直線部３８および第２直線部３９を加工することで形成される。

　第１直線部３８は、第１端部３８ａと、第１端部３８ａの反対側の第２端部３８ｂと、を有する。第１端部３８ａは、主凹部３５の直下に位置する。すなわち、第１端部３８ａは、主凹部３５の下側に位置し、上下方向から見て主凹部３５と重なる。図２に示すように、第２端部３８ｂは、ケース１０の外側面に開口する。すなわち、第１直線部３８は、第２端部３８ｂにおいてケース１０の外側面に開口する。第２端部３８ｂの開口には、キャップ８が取り付けられ、キャップ８により塞がれる。例えば、第２端部３８ｂの内周面には、螺旋状のねじ溝が形成される。また、キャップ８は例えばボルトであり、第２端部３８ｂと螺合することにより、第２端部３８ｂの開口に固定される。ボルトを使用することで、簡易な構成で第２端部３８ｂの開口から冷媒が漏れる事を防止することができる。更に、第２端部３８ｂの内周面とキャップ８との間に液体ガスケットを塗布してもよい。第２端部３８ｂとキャップ８との間に液体ガスケットを塗布した場合、確実に冷媒の漏れを防止する事ができる。

　第１端部３８ａと第２端部３８ｂとの間には、第２の凹部３２が位置する。したがって、第１直線部３８は、第２の凹部３２を貫通する。第１直線部３８は、第１端部３８ａから第２の凹部３２に至る領域と、第２の凹部３２から第２端部３８ｂに至る領域とを、有する。すなわち、第１直線部３８の一部（第２の凹部３２から第１端部３８ａに至る領域）は、第２の凹部３２から直線状に延び第１端部３８ａに達する。なお、第２の凹部３２から第１端部３８ａに至る領域は、第２の流路３７を形成する切削加工に依存して設けられる領域であり、内部には冷媒が滞留した状態となる。

　第２直線部３９は、第３端部３９ａと、第３端部３９ａの反対側の第４端部３９ｂとを有する。第３端部３９ａは、第１直線部３８の第１端部３８ａに繋がる。したがって、第３端部３９ａは、主凹部３５の直下に位置する。第４端部３９ｂには、第３開口３７ａが設けられる。すなわち、第４端部３９ｂは、ケース１０の外側面に開口する。すなわち、第２直線部３９は、第１端部３８ａからケース１０の外側面まで延びる。

（まとめ）
　次に、冷媒流路３０内を流れる冷媒の経路について説明する。　冷媒は、第１開口３６ａに接続された配管６から冷媒流路３０に流入する。冷媒流路３０に流入した冷媒は、第１の流路３６を通過して、第２開口３６ｂにおいて第１の凹部３１に流入し、さらに主凹部３５の内部に達する。主凹部３５に達した冷媒は、主凹部３５の内壁面とスイッチング素子２４の下面２４ｂとに囲まれた空間を通過する過程で、スイッチング素子２４を冷却する。主凹部３５内の冷媒は、第２の凹部３２を介して、第２の流路３７に流入する。第２の流路３７内の冷媒は、第２の凹部３２から第３開口３７ａ側に流れ、第３開口３７ａに接続された配管６に流出する。

　本実施形態の第２の流路３７の一部は、主凹部３５の直下に位置する。すなわち、第２の流路３７の一部は、主凹部３５の下側に位置し、上下方向から見て主凹部３５と重なる。言い換えると、本実施形態の冷媒流路３０は、立体的に構成され上下方向から見て一部が交差する。冷媒流路３０を立体的に構成することで、冷媒流路を平面的に構成する場合と比較して、冷媒流路３０を水平方向に小型化することができる。

　本実施形態によれば、第２の流路３７の一部が主凹部３５の直下に位置するため、主凹部３５と第２の流路３７とで挟まれた底部１５の一領域が、第２の流路３７を通過する冷媒によって冷却される。このため、主凹部３５の内部の冷媒が、インバータ２５の冷却により効率的に利用され、主凹部３５の内部の冷媒によるインバータ２５の冷却効率を高めることができる。

　本実施形態によれば、主凹部３５内において、インバータ２５が直接的に冷媒に接触するため、複雑な流路を設けることなく、効率的にインバータ２５を冷却できる。すなわち本実施形態によれば、インバータユニット１を安価に製造することができ、かつインバータ２５の冷却効率を高めることができる。

　本実施形態によれば、第１開口３６ａと、第３開口３７ａと、が互いに同方向を向く。このため、本実施形態によれば、第１開口３６ａおよび第３開口３７ａにそれぞれ接続される配管６を同方向に引き回すことができ、図示略のラジエーターへの接続を容易とすることができる。

　インバータユニット１の設置空間において、配管６が延びる方向には、配管６を取りまわすための十分なスペースが必要となる。一対の配管が異なる方向に延び出る構造とする場合には、インバータユニット１の周囲において、それぞれの配管が延び出る方向に他の部材を配置することができない。本実施形態によれば、第１開口３６ａと第３開口３７ａとが同方向を向くことで、一対の配管６を同方向に引き出すことができる。これにより、インバータユニット１の周囲の設置空間において、他の部品の設置場所の自由度を高めることができる。

　本実施形態では、冷媒流路３０の第１開口３６ａに上流側の配管６が接続され、第３開口３７ａに下流側の配管６が接続される。したがって、冷媒流路３０内の冷媒は、第１開口３６ａから主凹部３５を経て第３開口３７ａに向かって流れる。本実施形態の冷媒流路３０において、主凹部３５から第１開口３６ａまでの経路は、主凹部３５から第３開口３７ａまでの経路より短い。したがって、第１開口３６ａに上流側の配管６を接続することで、より低温の冷媒を主凹部３５内に供給することができ、インバータ２５の冷却効率を高めることができる。

＜第２の流路の変形例＞
　本実施形態のインバータユニット１に採用可能な、変形例の第２の流路１３７説明する。本変形例の第２の流路１３７は、図３に仮想線（二点鎖線）として示される。本変形例の第２の流路１３７は、上述の実施形態の第２の流路３７と比較して、全長に亘って直線状である点が異なる。

　本変形例の第２の流路１３７は、第２の凹部３２からケース１０の外側面まで直線状に延びる。第２の流路１３７は、Ｙ軸方向に対してＸ軸方向に傾斜して延びる。第２の流路１３７は、第２の凹部３２とケース１０の外側面とに開口する。第２の流路１３７のケース１０の外側面の開口には、配管６が接続される。本変形例によれば、第２の流路１３７は、全長に亘って直線状であるため、１つの直線状の孔を加工することで形成することができる。したがって、本変形例によれば、上述の実施形態の第２の流路３７と比較して、冷媒流路３０の加工工程を簡素化して製造コストの削減を図ることができる。

　以上に、本発明の実施形態およびその変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

　例えば、上述の実施形態では、冷媒流路３０の第１開口３６ａに上流側の配管６が接続され、第３開口３７ａに下流側の配管６が接続される場合について説明した。しかしながら、冷媒流路３０の第１開口３６ａに下流側の配管６が接続され、第３開口３７ａに上流側の配管６が接続されていてもよい。
　例えば、上記の実施形態のインバータユニット１を上下反転させてモータユニット３に搭載してもよい。

　１…インバータユニット、２…モータ、３…モータユニット、６…配管、８…キャップ、１０…ケース、１５…底部、１６…側壁部、２５…インバータ、３１…第１の凹部、３２…第２の凹部、３５…主凹部、３５ａ…底面、３６…第１の流路、３７，１３７…第２の流路、３８…第１直線部、３８ａ…第１端部、３８ｂ…第２端部、３９…第２直線部

Claims (6)

1. 　インバータと、
   　前記インバータを収容するケースと、を備え、
   　前記ケースは、
   　　水平平面に沿って延びる底部と、
   　　前記底部の外縁から、上側に突出する側壁部と、を有し、
   　底部には、
   　　上側に開口する主凹部と、
   　　主凹部の底面から下側に凹む第１の凹部および第２の凹部と、
   　　前記底部の内部を水平平面に沿って延びて前記第１の凹部と前記ケースの外側面とに開口する第１の流路と、
   　　前記底部の内部を水平平面に沿って延びて前記第２の凹部と前記ケースの外側面とを繋ぐ第２の流路と、が設けられ、
   　主凹部の開口は、前記インバータの一部により覆われ、
   　前記第１の流路および前記第２の流路の前記ケースの外側面の開口には、それぞれ冷媒が流れる配管が接続され、
   　前記第２の流路の一部が、上下方向から見て前記主凹部と重なる、
   インバータユニット。
2. 　前記第１の流路の前記ケースの外側面に対する開口と、前記第２の流路の前記ケースの外側面に対する開口と、が互いに同方向を向く、
   請求項１に記載のインバータユニット。
3. 　前記第１の流路は、全長に亘って直線状に延び、
   　第２の流路は、
   　　前記第２の凹部から直線状に延び前記主凹部の直下に位置する第１端部に達する第１直線部と、
   　　前記第１端部から前記ケースの外側面まで直線状に延びる第２直線部と、を有し、
   　前記第２直線部は、前記第１直線部の延びる方向に対して傾斜して延びる、
   請求項１又は２に記載のインバータユニット。
4. 　第１直線部は、前記第２の凹部を貫通し、前記第１端部の反対側の第２端部において前記ケースの外側面に開口し、
   　前記第２端部の開口はキャップにより塞がれる、
   請求項３に記載のインバータユニット。
5. 　前記第１の流路および前記第２の流路は、それぞれ全長に亘って直線状に延びる、
   請求項１又は２に記載のインバータユニット。
6. 　請求項１～５の何れか一項に記載のインバータユニットと、
   　前記インバータユニットから交流電流を供給される前記モータと、を備える、
   モータユニット。

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