JP5312614B2 - インバータ一体型駆動モジュール - Google Patents

Description

この発明は、インバータを内蔵した駆動モジュールに関し、特に軸受、インバータモジュールなどの冷却構造に関するものである。

従来のインバータ一体型交流モータでは、回転軸に固定され、冷却ファンを有してモータハウジングの一端壁から冷却空気流を吸入する交流モータと、モータハウジングの一端壁の軸方向外側に位置してモータハウジングに固定される制御装置と、制御装置を覆うようにモータハウジングに取り付けられるカバーと、交流モータのロータに界磁電流を流すためのブラシと、を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１２３４３６号公報

従来のインバータ一体型交流モータは、インナーロータを用いているので、ロータの構造上の制約から、ロータで発生する磁束量を多くできず、単位長さ当たりのトルクを大きくできない。つまり、モータの外径を一定とした場合、インナーロータはアウターロータに比べてステータに対向する表面積が小さくなり、発生する磁束量がアウターロータに比べて少なくなる。

このように、単位長さ当たりのトルクを大きくするためには、アウターロータを用いることが好ましい。アウターロータを用いた場合、インナーロータに比べ、ロータの直径が大きくなり、ロータの重量が重くなるので、ロータを軸支する軸受の負担が大きくなり、軸受での発熱量が多くなる。しかし、インバータが内蔵されるため、モータ内への冷却風の流入路が制限されるので、軸受の冷却が不十分となり、軸受の寿命が短くなってしまうという新たな不具合が生じる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、インバータモジュールを冷却した冷却風で軸受を冷却できるようにし、インバータモジュールと軸受とを効果的に冷却できるインバータ一体型駆動モジュールを得ることを目的とする。

この発明によるインバータ一体型駆動モジュールは、スロット部が外周側に開口するように周方向に配列された円環状のステータコア、および該ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータ、上記ステータコアに放射状リブを介して該ステータコアの軸心位置に保持されるベアリングボックス、および円筒状のロータヨーク部、該ロータヨーク部の一端から内径側に延設された底面部、およびＮ極とＳ極とが該ロータヨーク部の内周面に周方向に交互に配列されてなる複数の磁極を有し、該底面部が上記ベアリングボックスに収納された軸受に支持されたシャフトに固着されて、該ロータヨーク部が上記ステータコアを内包するように上記ステータに同軸に取り付けられたロータから構成されるモータと、上記ロータの軸方向一側に上記底面部に相対して該ロータと供回り可能に配設されたファンと、平板状のフィンベース、およびそれぞれ該フィンベースの裏面に垂直に立設されて径方向に延在して、周方向に配列された複数の放熱フィンを有するヒートシンク、およびそれぞれ該フィンベースの表面に該放熱フィンの配設領域上に位置するように実装され、上記ステータコイルに交流電力を供給する複数のインバータユニットから構成されるインバータモジュールと、を備える。そして、上記モータが、上記ステータコアをブラケットの平板状の取付部の一面に固着して該ブラケットに取り付けられ、上記インバータモジュールが、上記放熱フィンを上記取付部の他面に向けてスペーサを介して上記フィンベースを該取付部に固着して上記ブラケットに取り付けられている。さらに、第１インバータ側通風穴が、上記軸受と相対する上記ブラケットの部位に穿設され、第１ロータ側通風穴が、上記軸受と相対する上記底面部の部位に穿設され、上記ファンの回転駆動により、隣り合う上記放熱フィン間に形成されて上記第１インバータ側通風穴と上記ヒートシンクの径方向外方とを連通し、冷却風が径方向に流れる径方向通風路、および上記ステータコアの内部に形成されて上記第１インバータ側通風穴と上記第１ロータ側通風穴とを連通し、冷却風が軸方向に流れる軸方向通風路からなる第１冷却風通風路が構成される。

この発明によれば、インバータユニットと軸受とが第１冷却風通風路内を流れる冷却風により冷却される。そこで、アウターロータを用いたインバータ一体型駆動モジュールにおいても、インバータユニットおよび軸受の過度の温度上昇が抑制されるので、インバータユニットおよび軸受の長寿命化が図られる。

この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す断面斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するロータを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するステータ支持部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールのステータ支持部材をブラケットに取り付けた状態をブラケットの一面側から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるステータとブラケットとの径方向の位置関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるインバータモジュールを構成するヒートシンクを示す背面図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットとステータコイルとの間の電気的な接続方法を説明する要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける冷却風の流れを説明する断面斜視図である。 この発明の実施の形態２に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるステータとインバータモジュールとの径方向の位置関係を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける冷却風の流れを説明する断面斜視図である。 この発明の実施の形態４に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける冷却風の流れを説明する断面斜視図である。 この発明の実施の形態５に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。 この発明の実施の形態６に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。 この発明の実施の形態７に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。 この発明の実施の形態８に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。 この発明の実施の形態９に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。 この発明の実施の形態１０に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。 この発明の実施の形態１１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するステータ支持部材を示す正面図である。 この発明の実施の形態１２に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するステータ支持部材を示す正面図である。 この発明の実施の形態１３に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す断面斜視図である。 この発明の実施の形態１４に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す断面斜視図である。

以下、本発明によるインバータ一体型駆動モジュールの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す分解斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す断面斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するロータを示す断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するステータ支持部材を示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールのステータ支持部材をブラケットに取り付けた状態をブラケットの一面側から見た正面図、図６はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるステータとブラケットとの径方向の位置関係を説明する図、図７はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるインバータモジュールを構成するヒートシンクを示す背面図、図８はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットとステータコイルとの間の電気的な接続方法を説明する要部断面図、図９はこの発明の実施の形態１に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける冷却風の流れを説明する断面斜視図である。

図１および図２において、インバータ一体型駆動モジュール１００は、ブラケット１と、ブラケット１の一面に取り付けられ、外部の直流電源（図示せず）から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータモジュール７と、インバータモジュール７と相対するようにブラケット１の他面に取り付けられ、インバータモジュール７で変換された交流電力が供給されて回転駆動するモータ１４と、を備えている。

ブラケット１は、例えば、鋼板をＬ状に折り曲げて作製され、インバータモジュール７およびモータ１４を支持する平板状の取付部２と、インバータ一体型駆動モジュール１００を取付台(図示せず）に取り付けるための取付腕３と、を有する。そして、取付部２には、軸受３０を冷却する通風路を構成する第１インバータ側通風穴４が穿設されている。さらに、取付部２には、ステータコイル２５を冷却する通風路を構成する第２インバータ側通風穴５が、第１インバータ側通風穴４の穴中心を中心とする同一円周上に、等角ピッチで１８個穿設されている。ここで、第１インバータ側通風穴４は、後述するステータ支持部材２６のステータ支持部２８と同等の内径に形成されている。第２インバータ側通風穴５は、後述するステータヨーク部２２と隣り合うティース部２３とにより画成されるスロット部２４のそれぞれに相対するように形成されている。また、ヒートシンク取付用のねじ穴４３が、図５に示されるように、取付部２に形成されている。

インバータモジュール７は、例えば、６個のインバータユニット８と、アルミニウムや銅などで作製されたヒートシンク９と、を有する。インバータユニット８は、例えば、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを絶縁性樹脂で封止して構成されている。ヒートシンク９は、貫通穴１０ａを有するリング平板状のフィンベース１０と、それぞれ延在方向を径方向としてフィンベース１０の裏面に垂直に立設されて、等角ピッチで放射状に配列された多数枚の放熱フィン１１と、を有する。

そして、６個のインバータユニット８が、フィンベース１０の表面上に、放熱フィン１１の配設領域に対応するように、貫通穴１０ａの穴中心を中心とする同一円周上に等角ピッチに配列して実装されている。なお、フィンベース１０の表面上に実装されたインバータユニット８の径方向位置は、スロット部２４の径方向位置に略一致している。また、放熱フィン１１と同じ高さのスペーサ１２が、図７に示されるように、インバータユニット８間に位置する放熱フィン１１の群を間引いて形成されたフィンベース１０の裏面のスペースに突設されている。また、ヒートシンク取付用の挿通穴１０ｂがフィンベース１０およびスペーサ１２を貫通するように形成され、配線挿通用の挿通穴１０ｃがフィンベース１０を貫通するように形成されている。

なお、スペーサ１２は、放熱フィン１１と同じ高さに限定されず、放熱フィン１１より高く形成されてもよい。また、スペーサ１２の個数は、６個に限定されず、ヒートシンク９をブラケット１の取付部２の一面に安定して取り付けられればよい。さらに、全てのスペーサ１２は、同じ形状である必要はない。

モータ１４は、例えば、鉄などの磁性材料をプレス成形して、円筒状のロータヨーク部１７、およびロータヨーク部１７の軸方向一端から内方に延在する底面部１８を有する有底円筒状に作製され、ロータヨーク部１７の軸心位置で底面部１８をシャフト１５に固着されたロータ１６と、ロータヨーク部１７の内周面に固着されて磁極を構成する永久磁石１９と、例えば、鉄などの磁性鋼板を積層して作製され、円筒状に作製されたステータヨーク部２２、およびそれぞれステータヨーク部２２の外周面から径方向外方に突設され、周方向に等角ピッチで配列された１８個のティース部２３を有するステータコア２１、およびティース部２３に巻回されたステータコイル２５を有するステータ２０と、ステータ２０を支持するとともに、シャフト１５を軸支するステータ支持部材２６と、ロータ１６の底面部１８の外周面に取り付けられる遠心ファン３１と、を備えている。

ロータ１６の底面部１８には、図３に示されるように、軸受３０を冷却する通風路を構成する第１ロータ側通風穴３４が、ロータヨーク部１７の軸心を中心とする同一円周上に、等角ピッチで１８個穿設され、ステータコイル２５を冷却する通風路を構成する第２ロータ側通風穴３５が、ロータヨーク部１７の軸心を中心とする同一円周上に、等角ピッチで１８個穿設されている。ここで、第１ロータ側通風穴３４は、径方向に関し、ベアリングボックス２７とステータ支持部２８との間に位置するように形成されている。また、第２ロータ側通風穴３５は、径方向に関し、ステータヨーク部２２と隣り合うティース部２３とにより画成されるスロット部２４と相対する位置関係に形成している。

永久磁石１９は、例えば焼結希土類磁石である。ステンレスなどの非磁性材料で作製されたリング状のスペーサ４５が、底面部１８の内周面に接するようにロータヨーク部１７に嵌着されている。そして、１６個の永久磁石１９が、スペーサ４５に接して、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように周方向に等角ピッチに配列され、ロータヨーク部１７の内周面に接着などにより固着されている。さらに、ステンレスなどの非磁性材料で作製されたリング状の磁石押さえ４６が、永久磁石１９をスペーサ４５側に押圧するようにロータヨーク部１７に圧入され、必要に応じて溶接されて、ロータヨーク部１７に固着されている。これにより、永久磁石１９の軸方向の位置決めがなされ、永久磁石１９の抜けが防止されている。さらに、永久磁石１９の軸方向端面からの磁束の漏れが抑えられる。

ステータ支持部材２６は、図４に示されるように、円筒状のベアリングボックス２７、円筒状のステータ支持部２８、およびベアリングボックス２７の外周面から周方向に等角ピッチで放射状に、かつ軸方向に延在し、ベアリングボックス２７とステータ支持部２８とを連結する６本の放射状リブ２９を有する。

遠心ファン３１は、平板リング状に作製された基部３２と、基部３２の一面に周方向に並んで配設されたブレード３３と、を有する。そして、遠心ファン３１は、基部３２の一面を底面部１８の外周面に向けて、底面部１８との間に所定の隙間を確保してロータ１６に固着されている。

なお、ロータ１６は、例えば鉄などの磁性材料をプレス成形して作製されるが、底面部１８は必ずしも磁性体である必要はない。即ち、ロータ１６は、少なくともロータヨーク部１７が磁性材料で作製されていればよい。
また、永久磁石１９をロータヨーク部１７の内周面に接着しているが、永久磁石１９とロータヨーク部１７との接合強度が十分ならば、スペーサ４５および磁石押さえ４６を省略してもよい。
また、永久磁石１７をロータヨーク部１７の内周面に直接取り付けているが、鉄などの磁性材料で作製され、１６個の永久磁石１９を同一円周上に等角ピッチに配列するように埋め込んだリング体を、スペーサ４５と磁石押さえ４６とに挟持されてロータヨーク部１７内に圧入してもよい。

つぎにインバータ一体型駆動モジュール１００の組立方法について説明する。

まず、ステータ支持部２８をステータヨーク部２２に内嵌状態に圧入し、必要に応じて溶接して、ステータ２０とステータ支持部材２６とを一体化する。そして、軸受３０をベアリングボックス２７に嵌着させる。ついで、遠心ファン３１が固着されたロータ１６の底面部１８の軸心位置にシャフト１５を圧入し、必要に応じて溶接して、ロータ１６とシャフト１５とを一体化する。そして、シャフト１５を軸受３０に圧入して、ロータヨーク部１７がステータ２０の外周を覆うようにロータ１６をステータ２０に組み付け、モータ１４を作製する。このモータ１４は、極数１６、スロット数１８のアウターロータ型の３相モータである。
ついで、６個のインバータユニット８を、フィンベース１０の表面上に、放熱フィン１１の配設領域に対応するように、貫通穴１０ａの穴中心を中心とする同一円周上に等角ピッチに配列して実装し、インバータモジュール７を作製する。

そして、図５に示されるように、ベアリングボックス２７の軸心を第１インバータ側通風穴４の穴中心に一致させて、ねじ４０を取付部２を挿通してステータ支持部材２６に形成されたねじ穴４１に締着して、モータ１４をブラケット１の取付部２の他面に取り付ける。このとき、図６に示されるように、スロット部２４が第２インバータ側通風穴５に相対するように、ステータ支持部材２６の周方向の位置が調整される。
さらに、フィンベース１０の貫通穴１０ａの穴中心を第１インバータ側通風穴４の穴中心に一致させて、ねじ４２を挿通穴１０ｂに通してブラケット１の取付部２の一面に形成されたねじ穴４３に締着して、インバータモジュール７をブラケット１の取付部２の一面に取り付ける。

ついで、配線３６を用いてインバータユニット８の交流出力端子とステータコイル２５の相コイルとを結線し、インバータ一体型駆動モジュール１００が組み立てられる。配線３６は、図８に示されるように、ヒートシンク９に開けられた挿通穴１０ｃに挿入されて放熱フィン１１間を通され、さらにブラケット１の取付部２に穿設された第２インバータ側通風穴５に挿入されて、インバータユニット８の交流出力端子とステータコイル２５の相コイルとを結線している。

このように構成されたインバータ一体型駆動モジュール１００は、各インバータユニット８の上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦが制御装置（図示せず）により制御され、外部の電源（図示せず）から供給された直流電力が交流電力に変換され、配線３６を介してステータコイル２５に供給される。これにより、ステータ２０に回転磁界が発生される。このステータ２０の回転磁界と永久磁石１９による磁界との相互作用により回転力が発生し、ロータ１６が回転駆動される。

そして、遠心ファン３１がロータ１６とともに回転駆動される。この遠心ファン３１の回転により、図９に矢印で示されるように、冷却風が、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れ、ついで第１インバータ側通風穴４からステータ支持部２８内を通って軸方向に流れ、第１ロータ側通風穴３４を通ってロータ１６の底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第１冷却風通風路が構成される。さらに、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れた冷却風の一部が、図９に矢印で示されるように、第２インバータ側通風穴５からステータ２０側に流れ、スロット部２４内を軸方向に流れ、第２ロータ側通風穴３５を通ってロータ１６の底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第３冷却風通風路が構成される。

そこで、インバータユニット８の上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子での発熱は、フィンベース１０を介して放熱フィン１１に伝達され、放熱フィン１１間を流通する冷却風に放熱される。そして、放熱フィン１１に伝達された上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子での発熱の一部が、ブラケット１の取付部２に伝達され、ブラケット１の表面から放熱される。また、軸受３０での発熱は、ステータ支持部２８内を通って軸方向に流れる冷却風に放熱される。さらに、ステータコイル２５での発熱は、スロット部２４内を軸方向に流れる冷却風に放熱される。さらにまた、配線３６での発熱は、放熱フィン１１間を流れる冷却風、および第２インバータ側通風穴５を流れる冷却風に放熱される。

この実施の形態１によれば、遠心ファン３１を回転駆動させると、冷却風が、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れ、ついで第１インバータ側通風穴４からステータ支持部２８内を通って軸方向に流れ、第１ロータ側通風穴３４を通ってロータ１６の底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第１冷却風通風路が構成される。そこで、インバータユニット８と軸受３０とが第１冷却風通風路内を流れる冷却風により冷却される。また、放熱フィン１１がブラケット１の取付部２に接しているので、インバータユニット８での発熱の一部が放熱フィン１１を介して取付部２に伝達され、ブラケット１の表面から放熱される。
そこで、アウターロータを用いたインバータ一体型駆動モジュール１００においても、インバータユニット８および軸受３０の過度の温度上昇が抑制されるので、インバータユニット８および軸受３０の長寿命化が図られる。

また、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れた冷却風の一部が、第２インバータ側通風穴５からステータ２０側に流れ、スロット部２４内を軸方向に流れ、第２ロータ側通風穴３５を通ってロータ１６の底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第３冷却風通風路が構成される。そこで、ステータコイル２５の過度の温度上昇が抑制されるので、温度上昇に起因する損失の増加が抑えられ、モータ出力特性が向上される。

第２インバータ側通風穴５が、スロット部２４のそれぞれと軸方向に相対するように取付部２に穿設されているので、放熱フィン１１間から第２インバータ側通風穴５を通ってステータ２０側に流入した冷却風はスムーズにスロット部２４内に流入する。そこで、第３冷却風通風路の通風抵抗が小さくなり、第３冷却風通風路内を流通する冷却風の十分な流量が確保される。
第２ロータ側通風穴３５が、底面部１８のスロット部２４と同等の径方向位置に穿設されているので、スロット部２４内を軸方向に流れてきた冷却風が速やかに第２ロータ側通風穴３５から排出される。そこで、第３冷却風通風路の通風抵抗の増大が抑えられ、第３冷却風通風路内を流通する冷却風の流量が確保される。

配線３６がヒートシンク９のフィンベース１０に開けられた挿通穴１０ｃに挿入されて放熱フィン１１間を通されているので、配線３６での発熱が放熱フィン１１間を流通する冷却風に放熱され、配線３６の温度上昇が抑えられる。また、配線３６がフィンベース１０と第２インバータ側通風穴５とを軸方向に貫通しているので、配線長を短くでき、配線３６の低抵抗化が図られる。
放射状リブ２９が、軸方向に延在する板状に作製されているので、放射状リブ２９が放熱フィンとして作用し、ステータ２０および軸受３０が効果的に冷却される。

実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるステータとインバータモジュールとの径方向の位置関係を説明する図である。

図１０において、インバータユニット８は、第２インバータ側通風穴５の径方向外側に位置するように、ヒートシンク９のフィンベース１０の表面上に実装されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態２によれば、インバータユニット８が、第２インバータ側通風穴５の径方向外側に位置するように、フィンベース１０の表面上に実装されている。そこで、放熱フィン１１間を流通する冷却風の全てがインバータユニット８の冷却に供されるので、インバータユニット８を効果的に冷却することができる。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける冷却風の流れを説明する断面斜視図である。

図１１において、ブラケット１Ａの取付部２Ａは、ブラケット１の取付部２における第２インバータ側通風穴５が省略され、配線挿通用の挿通穴（図示せず）が穿設されている。ロータ１６Ａのロータヨーク部１７Ａの軸方向長さが、ロータ１６のロータヨーク部１７の軸方向長さに比べ、短く形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態３によるインバータ一体型駆動モジュール１０１では、ロータヨーク部１７Ａの軸方向長さが短くなっているので、モータ１４Ａをブラケット１Ａの取付部２Ａの他面に取り付けると、ロータヨーク部１７Ａと取付部２Ａとの間に隙間が形成される。

そこで、遠心ファン３１の回転により、図１１に矢印で示されるように、冷却風が、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れ、ついで第１インバータ側通風穴４からステータ支持部２８内を通って軸方向に流れ、第１ロータ側通風穴３４を通ってロータ１６Ａの底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第１冷却風通風路が構成される。さらに、図１１に矢印で示されるように、冷却風が、ロータ１６Ａの外周側からロータヨーク部１７Ａと取付部２Ａとの間に隙間を通って径方向内方に流れ、ついでスロット部２４内を軸方向に流れ、第２ロータ側通風穴３５を通ってロータ１６Ａの底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第２冷却風通風路が構成される。

この実施の形態３によれば、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れる冷却風の全てが軸受３０の冷却に供されるので、軸受３０の冷却に供される冷却風の風量が増大し、軸受３０を効果的に冷却することができる。また、ロータ１６Ａの外周側からロータヨーク部１７Ａと取付部２Ａとの間に隙間を通って吸入された冷却風がステータコイル２５の冷却に供されるので、ステータコイル２５の冷却に供される冷却風の温度が低くなり、ステータコイル２５を効果的に冷却することができる。
また、第２インバータ側通風穴５を取付部２Ａに形成する必要がないので、ブラケット１Ａの加工が容易となる。

実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける冷却風の流れを説明する断面斜視図である。

図１２において、ロータ１６Ａのロータヨーク部１７Ａの軸方向長さが、ロータ１６のロータヨーク部１７の軸方向長さに比べ、短く形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態４によるインバータ一体型駆動モジュール１０２では、ロータヨーク部１７Ａの軸方向長さが短くなっているので、モータ１４Ａをブラケット１の取付部２の他面に取り付けると、ロータヨーク部１７Ａと取付部２との間に隙間が形成される。

そこで、遠心ファン３１の回転により、図１２に矢印で示されるように、冷却風が、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れ、ついで第１インバータ側通風穴４からステータ支持部２８内を通って軸方向に流れ、第１ロータ側通風穴３４を通ってロータ１６Ａの底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる第１冷却風通風路が構成される。さらに、図１２に矢印で示されるように、ロータ１６Ａの外周側からロータヨーク部１７Ａと取付部２Ａとの間に隙間を通って径方向内方に流れた冷却風が、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を径方向内方に流れ、第２インバータ側通風穴５からステータ２０側に流れてきた冷却風と合流し、スロット部２４内を軸方向に流れ、第２ロータ側通風穴３５を通ってロータ１６Ａの底面部１８の外周側に流出し、底面部１８と基部３２との間を径方向外方に流れる冷却風通風路が構成される。

この実施の形態４によれば、ロータ１６Ａの外周側からロータヨーク部１７Ａと取付部２との間に隙間を通って吸入された冷却風が、ヒートシンク９の径方向外方から放熱フィン１１間を径方向内方に流れ、第２インバータ側通風穴５からステータ２０側に流れてきた冷却風と合流してステータコイル２５の冷却に供されるので、ステータコイル２５の冷却に供される冷却風の風量が増大し、ステータコイル２５を効果的に冷却することができる。

実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。

図１３において、ヒートシンク９Ａは、配線挿通用の挿通穴１０ｃがフィンベース１０のスペーサ１２の径方向外方位置に穿設されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５によれば、配線挿通用の挿通穴１０ｃがフィンベース１０のスペーサ１２の径方向外方の位置に穿設されているので、配線３６は、挿通穴１０ｃを通って軸方向に延び、放熱フィン１１間を通らずにモータ１４側に引き出される。そこで、冷却風は配線３６に邪魔されることなく放熱フィン１１間を流通するので、インバータユニット８および軸受３０の冷却に供される冷却風の風量が増大し、インバータユニット８および軸受３０を効果的に冷却することができる。

実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。

図１４において、ヒートシンク９Ｂは、配線挿通用の挿通穴１０ｃがフィンベース１０のスペーサ１２の径方向内方の位置に穿設されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態６によれば、配線挿通用の挿通穴１０ｃがフィンベース１０のスペーサ１２の径方向内方の位置に穿設されているので、配線３６は、挿通穴１０ｃを通って軸方向に延び、放熱フィン１１間を通らずにモータ１４側に引き出される。そこで、冷却風は配線３６に邪魔されることなく放熱フィン１１間を流通するので、インバータユニット８および軸受３０の冷却に供される冷却風の風量が増大し、インバータユニット８および軸受３０を効果的に冷却することができる。

実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。

図１５において、ヒートシンク９Ｃは、周方向に隣り合う複数本の放熱フィン１１の径方向の所定領域が除去され、配線挿通用の挿通穴１０ｃがフィンベース１０の放熱フィン１１のフィン除去スペース３７に穿設されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態７によれば、挿通穴１０ｃがフィンベース１０のフィン除去スペース３７に穿設されているので、配線３６を挿通穴１０ｃに挿通させることに起因する放熱フィン１１間を通って径方向内方に流れる冷却風の通風抵抗の増大が抑えられる。そこで、インバータユニット８および軸受３０の冷却に供される冷却風の風量が確保される。さらに、配線３６の冷却に供される冷却風が増大し、配線３６を効果的に冷却することができる。

実施の形態８．
図１６はこの発明の実施の形態８に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。

図１６において、ヒートシンク９Ｄは、径方向の所定領域が除去された放熱フィン１１の径方向外側の除去端部が、挿通穴１０ｃに向かうように曲げられている。
なお、他の構成は、上記実施の形態７と同様に構成されている。

この実施の形態８によれば、径方向の所定領域が除去された放熱フィン１１の径方向外側の除去端部が、挿通穴１０ｃに向かうように曲げられているので、冷却風は、放熱フィン１１間を径方向内方に流れ、放熱フィン１１の除去端部から挿通穴１０ｃに向かうようにフィン除去スペース３７に流入する。そこで、配線３６の冷却に供される冷却風がさらに増大し、配線３６をより効果的に冷却することができる。

実施の形態９．
図１７はこの発明の実施の形態９に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。

図１７において、配線３６の絶縁シース３８が断面楕円形に形成されている。ヒートシンク９Ｅは、挿通穴１０ｃの断面形状が絶縁シース３８の断面形状に適合する楕円形の形成されている。そして、挿通穴１０ｃに挿通された配線３６の絶縁シース３８は、断面楕円形の長軸を径方向に向けて、フィン除去スペース３７内に配設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態７と同様に構成されている。

この実施の形態９によれば、断面楕円形の絶縁シース３８が、断面楕円形の長軸を径方向に向けてフィン除去スペース３７内に配設されているので、放熱フィン１１のフィン除去スペース３７内を流通する冷却風が、絶縁シース３８により整流される。そこで、フィン除去スペース３７内での配線３６による圧損を小さくすることができ、放熱フィン１１間を流れる冷却風の風量が確保されるので、配線３６を挿通させることに起因するインバータユニット８および軸受３０を冷却する能力の低下が抑えられる。

なお、上記実施の形態９では、絶縁シース３８が断面楕円形に形成されているものとしているが、絶縁シースの断面形状は楕円形に限定されるものではなく、長軸の先端側および後端側が端軸方向の幅を長軸方向の先端および後端に向って漸次狭くする曲線となる細長形状であればよい。

実施の形態１０．
図１８はこの発明の実施の形態１０に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるヒートシンクを示す要部背面図である。

図１８において、ヒートシンク９Ｆは、配線挿通用の挿通穴１０ｃがスペーサ１２に穿設されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態１０によれば、挿通穴１０ｃがスペーサ１２に穿設されているので、冷却風が配線３６に邪魔されずに放熱フィン１１間を流通でき、インバータユニット８および軸受３０の冷却に供される冷却風の風量が確保される。さらに、挿通穴１０ｃに挿通された配線３６での発熱は、スペーサ１２およびフィンベース１０を介して放熱フィン１１に伝達され、放熱フィン１１から冷却風に放熱される。

実施の形態１１．
図１９はこの発明の実施の形態１１に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するステータ支持部材を示す正面図である。

図１９において、矩形平板状の薄板状フィン４７が、各放射状リブ２９の周方向の両側面に直角に複数枚ずつ立設されて軸方向に延在している。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたステータ支持部材２６Ａは、薄板状フィン４７が各放射状リブ２９に形成され、放熱面積が増大されている。そこで、ステータコイル２５で発生した熱や軸受３０で発生した熱がステータ支持部材２６Ａに伝達され、薄板状フィン４７からステータ支持部材２６Ａ内を流れる冷却風に放熱される。
したがって、この実施の形態１１によれば、ステータコイル２５や軸受３０の過度の温度上昇が抑えられ、モータ出力特性の向上および軸受３０の長寿命化が図られる。

実施の形態１２．
図２０はこの発明の実施の形態１２に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを構成するステータ支持部材を示す正面図である。

図２０において、断面円弧形の短冊状の薄板状フィン４８が、周方向に隣り合う放射状リブ２９の各対を連結するように複数枚ずつ配設されて軸方向に延在している。これにより、薄板状フィン４８により構成される円筒が、軸方向からみて、同心状に３つ形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたステータ支持部材２６Ｂは、断面円弧形の短冊状の薄板状フィン４８が周方向に隣り合う放射状リブ２９間を連結するように形成され、放熱面積が増大されている。そこで、ステータコイル２５で発生した熱や軸受３０で発生した熱がステータ支持部材２６Ａに伝達され、薄板状フィン４８からステータ支持部材２６Ｂ内を流れる冷却風に放熱される。
したがって、この実施の形態１２においても、ステータコイル２５や軸受３０の過度の温度上昇が抑えられ、モータ出力特性の向上および軸受３０の長寿命化が図られる。

ここで、上記実施の形態１〜１２では、遠心ファン３１を用いるものとしているが、ファンは、遠心ファン３１に限定されるものではなく、ロータ１６，１６Ａの底面部１８の外周面に相対して配設されて冷却風をステータ支持部２６，２６Ａ，２６Ｂ内やスロット部２４内から排出させるように動作するものであればよく、例えば軸流ファンでもよい。

実施の形態１３．
図２１はこの発明の実施の形態１３に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す断面斜視図である。

図２１において、軸流ファン５０が、シャフト１５のロータ１６の底面部１８からの延出部に固着されて底面部１８の外周面と相対するように配設されている。この軸流ファン５０は、シャフト１５とともに回転駆動され、冷却風を第１ロータ側通風穴３４からステータ支持部３８内に送り込むとともに、第２ロータ側通風穴３５からスロット部２４内に送り込むように構成されている。
なお、実施の形態１３は、遠心ファン３１に代えて軸流ファン５０を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたインバータ一体型駆動モジュール１０３では、軸流ファン５０の回転により、図２１に矢印で示されるように、冷却風が、第１ロータ側通風穴３４からステータ支持部３８内に送り込まれ、ステータ支持部３８内を軸方向に流れ、ついで第１インバータ側通風穴４から放熱フィン１１の内径側に流れ、放熱フィン１１間を内径側から径方向外方に流れてヒートシンク９の径方向外方に流れ出る第１冷却風通風路が構成される。さらに、冷却風が、第２ロータ側通風穴３５からスロット部２４内に送り込まれ、スロット部２４内を軸方向に流れ、ついで第２インバータ側通風穴５から放熱フィン１１間に入り、内径側から放熱フィン１１間を径方向外方に流れる冷却風と合流する第３冷却風通風路が構成される。

この実施の形態１３によれば、上記実施の形態１と異なり、冷却風がインバータユニット８の冷却に供せられる前に軸受３０およびステータコイル２５の冷却に供せられるので、軸受３０およびステータコイル２５が効果的に冷却される。そこで、ＳｉＣなどの高耐熱半導体素子を用いて作製されたインバータユニットを用いた場合には、軸受３０やステータコイル２５の耐熱温度がインバータユニットに比べて低くなるので、本構成を採用することが効果的である。

実施の形態１４．
図２２はこの発明の実施の形態１４に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す断面斜視図である。

図２２において、軸流ファン５０が、シャフト１５のロータ１６の底面部１８からの延出部に固着されて底面部１８の外周面と相対するように配設されている。
なお、実施の形態１４は、遠心ファン３１に代えて軸流ファン５０を用いている点を除いて、上記実施の形態３と同様に構成されている。

このように構成されたインバータ一体型駆動モジュール１０４では、軸流ファン５０の回転により、図２２に矢印で示されるように、冷却風が、第１ロータ側通風穴３４からステータ支持部３８内に送り込まれ、ステータ支持部３８内を軸方向に流れ、ついで第１インバータ側通風穴４から放熱フィン１１の内径側に流れ、放熱フィン１１間を内径側から径方向外方に流れてヒートシンク９の径方向外方に流れ出る第１冷却風通風路が構成される。さらに、冷却風が、第２ロータ側通風穴３５からスロット部２４内に送り込まれ、スロット部２４内を軸方向に流れ、ついでロータ１６Ａの外周側からロータヨーク部１７Ａと取付部２Ａとの間の隙間を通ってロータ１６Ａの外周外方に流れ出る第３冷却風通風路が構成される。

この実施の形態１４によれば、上記実施の形態３と異なり、冷却風がインバータユニット８の冷却に供せられる前に軸受３０の冷却に供せられるので、軸受３０が効果的に冷却される。そこで、ＳｉＣなどの高耐熱半導体素子を用いて作製されたインバータユニットを用いた場合には、軸受３０の耐熱温度がインバータユニットに比べて低くなるので、本構成を採用することが効果的である。

ここで、実施の形態１３，１４では、実施の形態１，３において、遠心ファン３１に代えて軸流ファン５０を用いるものとしているが、他の実施の形態において、遠心ファン３１に代えて軸流ファン５０を用いてもよいことは言うまでもないことである。
また、上記実施の形態８において、遠心ファン３１に代えて軸流ファン５０を用いる場合には、フィン除去領域３７の内径側に位置する放熱フィン１１の除去領域側の端部を、挿通穴１０ｃに向かうように曲げることが、配線３６の冷却性の観点から好ましい。
また、実施の形態１３，１４では、軸流ファン５０を用いるものとしているが、ファンは、軸流ファン５０に限定されるものではなく、ロータ１６，１６Ａの底面部１８の外周面に相対して配設されて冷却風をステータ支持部２６，２６Ａ，２６Ｂ内やスロット部２４内に流入させるように動作するものであればよく、例えば斜流ファンでもよい。

なお、上記各実施の形態では、ステータコアとステータ支持部材とを別部品に構成するものとしているが、ステータコアとステータ支持部材とを一部品として構成してもよい。
また、上記各実施の形態では、ステータ支持部材は６枚の放射状リブを有しているものとしているが、放射状リブの枚数を増やしてもよい。これにより、放射状リブの放熱面積が増大し、ステータコイルおよび軸受での発熱がステータ支持部内を流通する冷却風に放熱され、ステータおよび軸受の温度上昇が抑えられる。この場合、各放射状リブの断面積を小さくすれば、放射状リブの枚数を増やすことに起因するステータ支持部内の通風抵抗の増大を抑えることができる。

また、上記実施の形態１，２，４−９，１３，１４では、配線が、冷却風をスロット部に流すためにブラケットの取付部に穿設された第２インバータ側通風穴に通されるものとしているが、配線を挿通するための専用の穴をブラケットの取付部に新たに形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、インバータユニットが１個の上アームスイッチング素子と１個の下アームスイッチング素子とから構成されているものとしているが、インバータユニットは、並列に接続された複数個の上アームスイッチング素子と並列に接続された複数個の下アームスイッチング素子とから構成されてもよい。

また、上記各実施の形態では、６個のインバータユニットを用いるものとしているが、インバータユニットの個数はこれに限定されるものではなく、ステータコイルの結線形態に合わせて適宜設定される。例えば、ステータコイルが１組の３相交流巻線に構成されていれば、インバータユニットの個数は３個となる。
また、上記各実施の形態では、スペーサがヒートシンクのフィンベースに一体に形成されているものとしているが、スペーサはフィンベースと別部品として作製されてもよい。

また、上記各実施の形態では、第２インバータ側通風穴がスロット部のそれぞれに軸方向に相対するように取付部に穿設されているものとしているが、第２インバータ側通風穴は、必ずしも、全てのスロット部に軸方向に相対するように設ける必要はなく、第２インバータ側通風穴の個数はステータコイルの温度上昇度を考慮して適宜設定すればよい。

Claims (12)

1. スロット部が外周側に開口するように周方向に配列された円環状のステータコア、および該ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータ、上記ステータコアに放射状リブを介して該ステータコアの軸心位置に保持されるベアリングボックス、および円筒状のロータヨーク部、該ロータヨーク部の一端から内径側に延設された底面部、およびＮ極とＳ極とが該ロータヨーク部の内周面に周方向に交互に配列されてなる複数の磁極を有し、該底面部が上記ベアリングボックスに収納された軸受に支持されたシャフトに固着されて、該ロータヨーク部が上記ステータコアを内包するように上記ステータに同軸に取り付けられたロータから構成されるモータと、
   上記ロータの軸方向一側に上記底面部に相対して該ロータと供回り可能に配設されたファンと、
   平板状のフィンベース、およびそれぞれ該フィンベースの裏面に垂直に立設されて径方向に延在して、周方向に配列された複数の放熱フィンを有するヒートシンク、およびそれぞれ該フィンベースの表面に該放熱フィンの配設領域上に位置するように実装され、上記ステータコイルに交流電力を供給する複数のインバータユニットから構成されるインバータモジュールと、を備えたインバータ一体型駆動モジュールにおいて、
   上記モータが、上記ステータコアをブラケットの平板状の取付部の一面に固着して該ブラケットに取り付けられ、
   上記インバータモジュールが、上記放熱フィンを上記取付部の他面に向けてスペーサを介して上記フィンベースを該取付部に固着して上記ブラケットに取り付けられ、
   第１インバータ側通風穴が、上記軸受と相対する上記ブラケットの部位に穿設され、
   第１ロータ側通風穴が、上記軸受と相対する上記底面部の部位に穿設され、
   上記ファンの回転駆動により、隣り合う上記放熱フィン間に形成されて上記第１インバータ側通風穴と上記ヒートシンクの径方向外方とを連通し、冷却風が径方向に流れる径方向通風路、および上記ステータコアの内部に形成されて上記第１インバータ側通風穴と上記第１ロータ側通風穴とを連通し、冷却風が軸方向に流れる軸方向通風路からなる第１冷却風通風路が構成されることを特徴とするインバータ一体型駆動モジュール。
2. 第２ロータ側通風穴が、上記ステータコアと相対する上記底面部の部位に穿設され、
   上記ファンの回転駆動により、上記スロット部の内部に形成されて上記ロータヨーク部と上記取付部との間の空隙と協働して上記ロータヨーク部の径方向外方と上記第２ロータ側通風穴とを連通し、冷却風が軸方向に流れる第２冷却風通風路が構成されることを特徴とする請求項１記載のインバータ一体型駆動モジュール。
3. 第２インバータ側通風穴が、上記ステータコアと相対する上記取付部の部位に穿設され、
   第２ロータ側通風穴が、上記ステータコアと相対する上記底面部の部位に穿設され、
   上記ファンの回転駆動により、上記スロット部の内部に形成されて上記第２インバータ側通風穴と協働して上記径方向通風路と上記第２ロータ側通風穴とを連通し、冷却風が軸方向に流れる第３冷却風通風路が構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインバータ一体型駆動モジュール。
4. 上記第２インバータ側通風穴が上記スロット部に軸方向に相対するように上記取付部に穿設されていることを特徴とする請求項３記載のインバータ一体型駆動モジュール。
5. 上記第２インバータ側通風穴が上記スロット部のそれぞれに軸方向に相対するように上記取付部に穿設されていることを特徴とする請求項４記載のインバータ一体型駆動モジュール。
6. 薄板状フィンが軸方向に延在するように上記放射状リブに複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインバータ一体型駆動モジュール。
7. 上記インバータユニットと上記ステータコイルとを結線する配線が上記フィンベースおよび上記取付部を貫通していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のインバータ一体型駆動モジュール。
8. 上記配線が周方向に隣り合う複数本の上記放熱フィンの径方向の一部を除去して構成されたフィン除去スペース内を通るように上記フィンベースを貫通していることを特徴とする請求項７記載のインバータ一体型駆動モジュール。
9. 上記フィン除去スペースの外径側又は内径側に位置する上記放熱フィンの端部が、上記放熱フィン間から上記フィン除去スペース内に流入する冷却風が上記フィン除去スペース内を通る上記配線に向うように曲げられていることを特徴とする請求項８記載のインバータ一体型駆動モジュール。
10. 上記配線の絶縁シースの断面形状が、長軸方向を径方向とし、長軸の先端側および後端側を、短軸方向の幅を長軸の先端および後端に向って漸次狭くする曲線とする細長形状であることを特徴とする請求項８記載のインバータ一体型駆動モジュール。
11. 上記配線が上記スペーサを挿通するように上記フィンベースを貫通していることを特徴とする請求項７記載のインバータ一体型駆動モジュール。
12. 上記インバータユニットが、径方向関し、上記第２インバータ側通風穴より径方向外側に位置するように上記フィンベースの表面に実装されていることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のインバータ一体型駆動モジュール。

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