JP2016174500A - 回転電機構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機構造のハウジング内への冷却媒体の漏れを抑制する。【解決手段】ハウジング１のインバータ部５に取り付けたトレー１１は、モータ部３側の下面にインバータ部品を取り付けている。トレー１１の上面に設けてあるトレー冷却水通路１７の一端は、モータ部３のハウジング冷却水通路２３に、出口連結管１９及びボス部２１内のボス部冷却水通路２１ａを介して連通する。トレー冷却水通路１７の他端は、入口連結管２５を通して外部に開口する。トレー１１とインバータ部５との接合部に設けられるシール部材は、トレー１１のインバータ部品が位置する領域と、出口連結管１９及び入口連結管２５との間に設けている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機と電力変換装置とを備える回転電機構造に関する。

下記特許文献１には、回転電機を有するモータ部と電力変換装置を有するインバータ部とが、一つのハウジングを共有することで一体化された技術が開示されている。インバータ部は、インバータ部品として、パワー半導体素子を収容するパワーモジュール、平滑コンデンサ、モータ制御基板などを備えている。ハウジングには、モータ部とインバータ部とを冷却する共有の冷却用水路が設けられている。

特開２０１１−１８２４８０号公報

特許文献１では、共有の冷却用水路によって、モータ部とインバータ部との双方を冷却している。この場合、冷却用水路からハウジング内への冷却水の漏れに関しては高い信頼性が必要となる。

そこで、本発明は、回転電機構造のハウジング内への冷却媒体の漏れを抑制することを目的としている。

本発明は、ハウジングの電力変換装置収容部と、電力変換装置が取り付けられる取付部材との接合部に、シール部材が設けられている。シール部材は、取付部材における電力変換装置が位置する領域と、ハウジングの第１冷却媒体通路と取付部材の第２冷却媒体通路とを接続する第３冷却媒体通路と、の間に設けられている。

本発明によれば、シール部材によって、電力変換装置が設けられる領域と第３冷却媒体通路との間がシールされる。これにより、ハウジングの第１冷却媒体通路と取付部材の第２冷却媒体通路との間を、第３冷却媒体通路を通して流れる冷却媒体のハウジング内への漏れを抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係わる回転電機構造の斜視図である。 図１の回転電機構造を図１とは反対側から見た斜視図である。 図１の回転電機構造のハウジングにおけるインバータ部周辺を示す部分的な斜視図である。 図１の回転電機構造のトレーを下側から見た斜視図である。 トレーと、ハウジングのインバータ部との接合面に対応する模式的な平面図である。 本発明の第２の実施形態を示す、図３に対応する斜視図である。 第２の実施形態による図５に対応する模式的な平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる回転電機構造の斜視図で、図２は図１とは反対の紙面裏側から見た斜視図である。回転電機構造のハウジング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中で上部側の側部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とを備えている。

モータ部３内には、回転電機としてのモータ７が収容され、インバータ部５内には、電力変換装置としてのインバータ９が収容される。したがって、モータ部３は回転電機収容部を構成し、インバータ部５は電力変換装置収容部を構成する。モータ部３とインバータ部５との間のハウジング１内には、図示しない隔壁が設けられ、当該隔壁にモータ７とインバータ９とを電気的に接続する配線の通し孔を設けている。なお、図２では、モータ７やインバータ９は図示省略している。

インバータ９は、電子部品として、平滑コンデンサ、パワー半導体素子を備えるパワーモジュール、ドライバ基板などを備え、取付部材としてのトレー１１のモータ部３側に対応する下面に取り付けられる。トレー１１は、長方形の板状部材で構成され、材質としては、金属、樹脂、セラミックなどが挙げられる。トレー１１に、インバータ部品である電子部品を複数搭載することでインバータモジュールを構成する。

インバータ部５は、図３に示すように、モータ部３と反対側の上部が長方形状に開口しており、この開口部に対し、トレー１１が覆うようにして図示しないボルトなどを使用して取り付けられる。その際、ボルトの内側のトレー１１の周縁とインバータ部５の周縁との間の接合部に、シール部材１３を設ける。

トレー１１の上面、すなわちインバータ９が取り付けられる面と反対側には、水路形成部材１５を接合固定している。水路形成部材１５は、トレー１１に対向する側が開口し、開口側をトレー１１の表面に接合固定することで、トレー１１との間にトレー冷却水通路１７が形成される。トレー冷却水通路１７は、冷却媒体が流れる第２冷却媒体通路を構成する。

水路形成部材１５は、長方形状のトレー１１における短辺部に沿って平行に形成される第１主通路形成部１５ａ、第２主通路形成部１５ｂ、第３主通路形成部１５ｃを備える。第１主通路形成部１５ａと第２主通路形成部１５ｂとは、それぞれの一方側の端部同士が第１連絡通路形成部１５ｄで接続される。第２主通路形成部１５ｂと第３主通路形成部１５ｃとは、第１連絡通路形成部１５ｄと反対側の端部同士が第２連絡通路形成部１５ｅで接続される。

したがって、水路形成部材１５は蛇行状に形成される。水路形成部材１５の形状に対応してトレー冷却水通路１７も蛇行状となる。

第１主通路形成部１５ａの第１連絡通路形成部１５ｄと反対側の端部は、インバータ部５の外側に突出する出口通路突出部１５ａ１を備える。出口通路突出部１５ａ１に対応してトレー１１にも、図４に示すようにトレー出口突出部１１ａが形成される。トレー出口突出部１１ａの出口通路突出部１５ａ１と反対側の下面には、直管状の出口連結管１９が接合される。出口連結管１９とトレー１１とは、両者が金属の場合には溶接やろう付けにより接合する。出口連結管１９とトレー１１とを樹脂で一体化してもよい。

出口連結管１９に対応してインバータ部５の外側の壁部には、インバータ部５の開口側の端部からモータ部３にわたってボス部２１が形成されている。ボス部２１内には、図３に示すように第３冷却媒体通路としてのボス部冷却水通路２１ａが形成される。ボス部冷却水通路２１ａ内に出口連結管１９が挿入されて、トレー冷却水通路１７とボス部冷却水通路２１ａとが連通接続される。出口連結管１９の外面とボス部２１の内面との間には、Ｏリングなどのシール材を設けて水密性を確保する。

モータ部３の壁部内には、第１冷却媒体通路としてのハウジング冷却水通路２３を設けている。ハウジング冷却水通路２３と、ボス部冷却水通路２１ａのトレー冷却水通路１７と反対側の下端とは互いに連通している。したがって、第３冷却媒体通路であるボス部冷却水通路２１ａは、第１冷却媒体通路であるハウジング冷却水通路２３と、第２冷却媒体通路であるトレー冷却水通路１７とを接続している。

ハウジング冷却水通路２３は、円筒形状のモータ部３の壁部内を、壁部のほぼ全域にわたって形成されている。ハウジング冷却水通路２３のボス部冷却水通路２１ａと反対側の端部は、図示していないが、モータ部３の外部に開口して冷却媒体である冷却水の出口部となる。

水路形成部材１５における第３主通路形成部１５ｃの第２連絡通路形成部１５ｅと反対側の端部は、インバータ部５の外側に突出する入口通路突出部１５ｃ１を備える。入口通路突出部１５ｃ１に対応してトレー１１にも、図４に示すようにトレー入口突出部１１ｂが形成される。トレー入口突出部１１ｂの入口通路突出部１５ｃ１と反対側の下面には、Ｌ字管状の入口連結管２５が接合される。入口連結管２５とトレー１１とは、両者が金属の場合には溶接やろう付けにより接合する。入口連結管２５とトレー１１とを樹脂で一体化してもよい。

入口連結管２５は、外部の図示しない冷却水ポンプに接続される。すなわち、冷却水ポンプから送られる冷却水が、入口連結管２５を経てトレー冷却水通路１７に流入する。

トレー冷却水通路１７では、流入した冷却水が、第３主通路形成部１５ｃ、第２連絡通路形成部１５ｅ、第２主通路形成部１５ｂ、第１連絡通路形成部１５ｄ、第１主通路形成部１５ａの順に流れ、その後ボス部冷却水通路２１ａに流入する。トレー冷却水通路１７を流れる冷却水によって、インバータ９の各種電子部品が冷却される。

ボス部冷却水通路２１ａ内の冷却水はハウジング冷却水通路２３に流入し、ハウジング冷却水通路２３を流れる過程でモータ７を冷却する。モータ７を冷却した冷却水は、ハウジング冷却水通路２３のモータ部３の外部に開口している出口部から外部に排出される。外部に排出された冷却水は、ラジエータなどの熱交換器で冷却された後、冷却水ポンプに戻される。

図５は、トレー１１と、ハウジング１のインバータ部５との接合面に対応する部分の模式的な平面図である。トレー１１とインバータ部５との間に設けたシール部材１３は、インバータ９が位置する斜線で示す領域Ａを囲むように、当該領域Ａの外側に設置している。さらに、シール部材１３の外側、すなわちシール部材１３を間にして領域Ａと反対側に、出口連結管１９及び入口連結管２５が位置している。

このように、シール部材１３は、トレー１１におけるインバータ９が位置する領域Ａと、出口連結管１９及び入口連結管２５との間に設けられている。このため、出口連結管１９周辺の配管接続部や入口連結管２５周辺の配管接続部から、冷却水が例え漏れたとしても、ハウジング１内の電子部品などが収容されている領域への冷却水の流入を抑えることができ、インバータ９やモータ７を冷却水から保護することができる。

本実施形態は、出口連結管１９及びボス部冷却水通路２１ａは、トレー１１におけるインバータ９が位置する領域Ａの外側に設けられている。このため、出口連結管１９及びボス部冷却水通路２１ａを、ハウジング１の外側に設けるという簡素な構造で、冷却水のハウジング１内への流入を抑制できる。

図６は、本発明の第２の実施形態を示す、図３に対応する斜視図である。第２の実施形態は、第１の実施形態の図１、図３に示すボス部２１に代えて、ハウジング１におけるインバータ部５Ａの内部に内部ボス部２１Ａを設けている。内部ボス部２１Ａに対応する位置のトレーの下面には、図４の出口連結管１９に代わる出口連結管１９Ａ（図７参照）を設けている。

内部ボス部２１Ａの内部には、モータ部３Ａのハウジング冷却水通路２３Ａに下端が連通する連通管２７を設けている。連通管２７は、内部に第３冷却媒体通路としての連通管冷却水通路２７ａを備える。連通管２７と内部ボス部２１Ａとの間には、環状の隙間２９が形成される。

隙間２９に図４の出口連結管１９に代わる出口連結管１９Ａを挿入して接続する。このとき、内部ボス部２１Ａの端面２１Ａａとトレーとの間に、シール部材としての内側シール部材３１を設ける。

図７は、第２の実施形態による図５に対応する模式的な平面図である。図７のトレー１１におけるインバータ９が位置する領域Ａは、シール部材１３と内側シール部材３１との間に位置する。内側シール部材３１は、インバータ９が位置する領域Ａと出口連結管１９Ａとの間に設けられている。すなわち、出口連結管１９Ａ及び連通管冷却水通路２７ａは、インバータ９が位置する領域Ａに周囲を囲まれた位置に設けられている。さらに、図７のシール部材１３は、インバータ９が位置する領域Ａと入口連結管２５との間に設けられている。

このように、内側シール部材３１は、トレー１１におけるインバータ９が位置する領域Ａと、出口連結管１９Ａとの間に設けられている。このため、出口連結管１９Ａと連通管２７との接続部周辺から、冷却水が例え漏れたとしても、内側シール部材３１によってハウジング１内の電子部品などが収容されている領域への冷却水の流入を抑えることができる。よって、インバータ９やモータ７を冷却水から保護することができる。

さらに、シール部材１３は、トレー１１におけるインバータ９が位置する領域Ａと、入口連結管２５との間に設けられている。このため、入口連結管２５と外部の配管との接続部周辺から、冷却水が例え漏れたとしても、シール部材１３によってハウジング１内の電子部品などが収容されている領域への冷却水の流入を抑えることができる。

インバータ部品をトレー１１によりモジュール化してインバータモジュールとした利点は、以下のとおりである。
（１）インバータモジュール内の電子部品を含むインバータ部品の変更、交換が容易となる。このとき、ハウジング１の形状などの変更は不要であり、部品変更、交換のみの小変更で済み。コスト低下に寄与できる。
（２）回転電機構造におけるインバータに対するメンテナンス時に、ユニット単位（インバータモジュール）での交換が可能となり、メンテナンス作業が容易となる。
（３）インバータモジュールを単体のインバータとして利用することができる。この場合、一種類のインバータモジュールを複数の機器に適用することもでき、利便性が向上する。

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

１ ハウジング
３，３Ａ モータ部（回転電機収容部）
５，５Ａ インバータ部（電力変換装置収容部）
７ モータ（回転電機）
９ インバータ（電力変換装置）
１１ トレー（取付部材）
１３ シール部材
１７ トレー冷却水通路（第２冷却媒体通路）
２１ａ ボス部冷却水通路（第３冷却媒体通路）
２３，２３Ａ ハウジング冷却水通路（第１冷却媒体通路）
２７ａ 連通管冷却水通路（第３冷却媒体通路）
３１ 内側シール部材（シール部材）

Claims (3)

1. 回転電機を収容する回転電機収容部及び、電力変換装置を収容する電力変換装置収容部をそれぞれ備えるハウジングと、
   前記ハウジングの電力変換装置収容部に配置され、前記電力変換装置が前記回転電機収容部側に取り付けられる取付部材と、
   前記ハウジングの前記回転電機収容部に設けられ、冷却媒体が流れる第１冷却媒体通路と、
   前記取付部材に設けられ、前記冷却媒体が流れる第２冷却媒体通路と、
   前記第１冷却媒体通路と前記第２冷却媒体通路とを接続する第３冷却媒体通路と、
   前記ハウジングの前記電力変換装置収容部と前記取付部材との接合部に設けられるシール部材と、を有し、
   前記シール部材は、前記取付部材における前記電力変換装置が位置する領域と前記第３冷却媒体通路との間に設けられていることを特徴とする回転電機構造。
2. 前記第３冷却媒体通路は、前記取付部材における前記電力変換装置が位置する領域の外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機構造。
3. 前記第３冷却媒体通路は、前記取付部材における前記電力変換装置が位置する領域に周囲を囲まれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機構造。

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