JP5609289B2 - インバータ一体型モータ - Google Patents

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Description

本発明はインバータとモータとを一体化したインバータ一体型モータに関する。
従来のインバータ一体型モータとして、モータからインバータへの熱伝導を抑制して、インバータの温度が上昇するのを抑制するものがある(特許文献1参照)。
特開2009−38914号公報
しかしながら、前述した従来のインバータ一体型モータは、モータで発生した熱をインバータ冷却用の放熱板に伝達することでモータからインバータへの熱伝導を抑制していた。そのため、放熱板の温度が上昇して放熱板の放熱性能が悪化してしまい、結果としてインバータの温度が上昇してしまうという問題点があった。
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、モータからインバータまでの熱伝達経路における放熱性能を向上させることで、モータからインバータへの熱伝導を抑制し、インバータの温度上昇を抑制することを目的とする。
本発明は、モータとインバータとを一体化したインバータ一体型モータである。そして、インバータを内部に収容するインバータケースと、インバータケースに固定されるとともに、一部がインバータケースの外部に突出するように設けられて、インバータとモータとを電気的に接続するバスバ及びバスバの一部を被覆する絶縁部材とを含む配電部と、インバータケースを支持するとともに、モータを内部に収容するモータケースと、モータケースに設けられ、インバータケースの外部に突出させた絶縁部材の外周面に密着してその絶縁部材を介してバスバの熱が伝達される伝熱部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、モータケースに配電部の外周面に密着する伝熱部を設けたので、モータから配電部に伝達された熱を伝熱部に伝達させることができる。これにより、モータからインバータまでの熱伝達経路における放熱性能を向上させることができ、モータからインバータへの熱伝導を抑制してインバータの温度上昇を抑制することができる。
第1実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第1実施形態によるモータケースにインバータケースを組み付ける工程を示した図である。 第2実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第3実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第4実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第5実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第6実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第6実施形態によるモータケースにインバータケースを組み付ける工程を示した図である。 第7実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第8実施形態によるインバータ一体型モータの縦断面図である。 第8実施形態によるモータケースにインバータケースを組み付ける工程を示した図である。
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の縦断面図である。
インバータ一体型モータ1は、動力を発生するモータ2と、モータ2を駆動するための電力を供給するインバータ3と、モータ2とインバータ3とを電気的に接続する配電部4と、を備える。
モータ2は、回転軸21と、ロータ22と、ステータ23と、を備える。これらのモータ構成部品は、金属製のモータケース5に形成された略円筒状のモータ収容部51に収容される。
回転軸21は、モータ収容部51に設けられた2つのベアリング6によって回転自在に支持される。
ロータ22は、回転軸21の外周に固定されて、回転軸21と一体となって回転する。ロータ22の外周部には、複数の永久磁石が周方向に互いに所定間隔をあけて埋め込まれている。
ステータ23は、コイルが巻かれた複数のステータコアを円環状に連結して構成したものであり、ロータ22から径方向に所定の間隔を隔ててロータ22の外周を覆うようにモータ収容部51に固定される。
モータ収容部51には、このステータ23の周りに形成されてモータ2を冷却する冷却水路52が形成される。
インバータ3は、直流と交流の2種類の電気を相互に変換する電流変換機である。インバータ3は、直流電源7からの直流を、120度ずつ位相のずれた3相の交流(U相電流、V相電流、W相電流)に変換し、配電部4を介してステータ23のコイルに流す。このように、ステータ23のコイルに3相交流を流すことでステータ23に回転磁界を発生させ、ロータ22の永久磁石を吸着するとともに反発させてロータ22を回転させる。これによりロータ22とともに回転軸21が回転する。
インバータケース8は、金属製の箱状のケースであり、内部にインバータ3を収容する。インバータケース8は、底壁8aに配電部4を挿通させるための円形の挿通孔81を備える。挿通孔81の下部の底壁裏面には、挿通孔81よりも大径の円環状の嵌合溝82が形成される。また、インバータケース8の底壁表面には、配電部4を保持するための保持部材9がボルト93によって固定される。
配電部4は、バスバ41と、絶縁樹脂42と、インバータ給電線43と、モータ給電線44と、を備える。
バスバ41は、絶縁被膜を施していない帯状の導体である。バスバ41の両端は、絶縁樹脂42から突出しており、その上端部はインバータ給電線43を介してインバータ3に接続され、その下端部はモータ給電線44を介してステータ23のコイルに接続される。
絶縁樹脂42は、つば部421と、厚肉部422と、テーパ部423と、薄肉部424と、を備え、バスバ41を被覆してモータケース5及びインバータケース8との短絡を防止する。
つば部421は、絶縁樹脂42の上端部に形成される。つば部421は、インバータケース8の挿通孔81よりも径の大きな円形状の部位である。つば部421は、インバータケース8の内部に配置されるとともに、絶縁樹脂42の軸方向(突出方向)に直行する方向に移動可能なように保持部材9の保持穴91に挿通されてインバータケース8に固定される。
厚肉部422は、つば部421から下方に延びてインバータケース8から突出する円柱状の部位であり、インバータケース8の挿通孔81に挿通される。
テーパ部423は厚肉部422の下方に位置し、厚肉部422から薄肉部424に向かって所定の角度でモータケース5の内側(図中左側)へ傾斜するテーパ面425を備える部位である。
薄肉部424はテーパ部423の下方に位置し、テーパ部423の下端から垂直に延びる平坦面426を備える部位である。
インバータ給電線43は、一端部がインバータ3に接続され、他端部がインバータ接続端子431を介してバスバ41の上端部に接続される。モータ給電線44は、一端部がモータ接続端子441を介してバスバ41の下端部に接続され、他端部がステータ23のコイルに接続される。これにより、インバータ3からバスバ41を介して流れてきた交流がコイルに流れる。
ここで、モータ駆動時にはステータ23のコイルで熱が発生するため、コイルの温度が例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのインバータ内部部品の温度よりも高くなる場合がある。そうすると、コイルの熱がモータ給電線44、バスバ41、及びインバータ給電線43を介してインバータ内部部品に伝達され、インバータ内部部品の温度がその分上昇してしまう。そのため、インバータ内部部品の温度が保証温度以上とならないようにコイルで発生する熱を抑える必要があるので、モータ2の出力が制限されてしまう。特に本実施形態のようなインバータ一体型モータ1の場合は、モータ2とインバータ3とを別体にしたものと比べて配電部4の取り回しの自由度が低く、モータ給電線44やバスバ41の長さが短くなりやすいため、モータ給電線44やバスバ41からの放出される熱量も少なくなってインバータ内部部品の温度が上昇しやすい。
そこで本実施形態では、モータケース5にモータケース5と一体形成された放熱部(伝熱部)52を設け、この放熱部52によってステータ23のコイルからバスバ41に伝達した熱を効率的に外気に放出することでインバータ内部部品の温度上昇を抑えることとした。以下、このモータケース5に設けられた放熱部52について説明する。
放熱部52は、モータ収容部51の図中上方に設けられ、配電部4が挿通する挿通孔521と、インバータケース8の嵌合溝82にOリング10を介して嵌合する突起部522と、を備える。放熱部52とモータ収容部51の間の空間はモータカバー11によって閉じられる。
挿通孔521は、絶縁樹脂42の厚肉部422が挿通する厚肉部挿通孔521aと、テーパ部423が挿通するテーパ部挿通孔521bと、薄肉部424が挿通する薄肉部挿通孔521cと、によって構成される。
厚肉部挿通孔521aは、絶縁樹脂42の厚肉部422の形状にあわせて、厚肉部挿通孔521aの内周面と絶縁樹脂42の厚肉部422の外周面との一部が当接するように形成される。
テーパ部挿通孔521bは、絶縁樹脂42のテーパ部423に形成されたテーパ面425の傾斜角度と同じ角度でモータケース5の側面側から内側へと傾斜するテーパ面523を備える。放熱部52のテーパ面523は、絶縁樹脂42のテーパ面425に対向するように設けられるとともに、外気に接する放熱部52の側面側に形成される。
そして、放熱部52のテーパ面523を、絶縁樹脂42のテーパ面425に押し当てることで、放熱部52と絶縁樹脂42とをテーパ嵌合させて絶縁樹脂42と放熱部52とを密着させている。
薄肉部挿通孔521cは、絶縁樹脂42の薄肉部424の形状にあわせて、薄肉部挿通孔521cの内周面と絶縁樹脂42の薄肉部424の外周面との一部が当接するように形成される。
このように、本実施形態によれば、放熱部52の挿通孔521の内周面と絶縁樹脂42の外周面とを密着させたので、放熱部52を介して配電部4の熱を外気に放出することができる。つまり、モータ給電線44からバスバ41に伝達されたコイルの熱を、絶縁樹脂42に密着する放熱部52に伝達させて外気に放出することができる。
これにより、バスバ41を介してインバータ内部部品に伝達される熱量を抑えることができるので、インバータ3の温度上昇を抑えることができる。
また、放熱部52と絶縁樹脂42とをテーパ嵌合させることで、テーパ嵌合している部分では放熱部52と絶縁樹脂42との密着性が増して接触熱抵抗が低下する。そのため、放熱部52の放熱性能が向上し、より効果的にコイルから配電部4に伝達した熱を放熱部52から外気に放出することができる。なお、接触熱抵抗とは固体どうしの接触面が完全に密着しないことにより生じる熱抵抗のことをいう。
また、絶縁樹脂42は、絶縁樹脂42の軸方向に直行する方向に移動可能なようにインバータケース8に固定される。そのため、放熱部52のテーパ面523を、絶縁樹脂42のテーパ面425に押し当てたときに、放熱部42が絶縁樹脂42から受ける反力を低減できる。これにより、放熱部52と絶縁樹脂42との密着性をより向上させることができる。
さらに、放熱部52に突起部522を設け、この突起部522をインバータケース8の低壁8aに形成された嵌合溝82に嵌合させることした。したがって、通常であればインバータケース8を支持するだけのデッドスペースとなる部分を放熱部52として有効活用できる。
図2は、モータケース5にインバータケース8を組み付ける工程を示した図である。
図2に示すように、本実施形態によれば、放熱部52の突起部522をインバータケース8の嵌合溝82に嵌合させる工程の中で、放熱部52のテーパ部挿通孔521bに形成されたテーパ面523を絶縁樹脂42のテーパ部423に形成されたテーパ面425に押し当てて放熱部52と絶縁樹脂42とをテーパ嵌合させることができる。
そのため、放熱部52と絶縁樹脂42とをテーパ嵌合させるための特別な工程が不要なので、作業工程が増加することもなく、簡易な作業工程で組み付けを行うことができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本発明の第2実施形態は、絶縁樹脂42の形状及び放熱部52の挿通孔521の形状が第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
図3は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。
図3に示すように、本実施形態による絶縁樹脂42のテーパ部423は、対向するように形成された傾斜角度の異なる2つのテーパ面425a,425bを備える。そして、この2つのテーパ面425a,425bの傾斜角度にあわせて放熱部52のテーパ部挿通孔521bにも対向する2つのテーパ面523a,523bを形成し、それぞれをテーパ嵌合させる。
これにより、第1実施形態と同様の効果が得られるほか、テーパ嵌合している部分が増えるので、第1実施形態と比べてより接触熱抵抗を抑えることができ、放熱部52の放熱性能を向上させることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本発明の第3実施形態は、絶縁樹脂42と放熱部52との間に熱伝導部材12を挿入した点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図4は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。
図4に示すように、本実施形態では、放熱部52の挿通孔521の内周面と、絶縁樹脂42の外周面との間に、例えば熱伝導シートや熱伝導グリスなどの熱伝導を促進させる熱伝導部材12を設ける。
これにより、例えば熱伝導部材12として熱伝導シートを用いたときは、放熱部52の挿通孔521の内周面の微細な凹凸にも熱伝導シートが入り込む。そのため、この熱伝導シートと放熱部52の挿通孔521の内周面との接触面積が増大し、熱伝導部材12が設けられた部位の接触熱抵抗を抑制することができる。
また、例えば熱伝導部材12として熱伝導グリスを用いたときは、放熱部52の挿通孔521の内周面と、絶縁樹脂42の外周面との間に空気層が生じるのを抑制できるので、熱伝導部材12が設けられた部位の絶縁樹脂42と放熱部52との密着性を向上させることできる。これにより、熱伝導部材12が設けられた部位の接触熱抵抗を抑制することができる。
また、本実施形態では、バスバ41の下端部は絶縁樹脂42の下方から突出しておらず、モータ給電線44の外部端子441が接続されるバスバ下端部の表面41aのみが絶縁樹脂42の薄肉部424の平坦面426に剥き出しになっている。そして、モータ給電線44の外部端子441が接続されるバスバ下端部の裏面41bに接するように、ナット13が絶縁樹脂42に埋め込まれる。
これにより、モータ給電線44をバスバ41に接続するときにナット13を別部品として用意する必要がないので、モータ給電線44の接続を簡易に行うことができる。
以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られるほか、絶縁樹脂42と放熱部52とがテーパ嵌合している部分とは別の絶縁樹脂42と放熱部52との接触部分に熱伝導部材12を設けたので、より接触熱抵抗が抑えられて放熱部52の放熱性能を向上させることができる。
また、ナット13を絶縁樹脂42に埋め込むこととしたので、モータ給電線44の接続を簡易に行うことができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本発明の第4実施形態は、バスバ41の形状をクランク形とし、バスバ41と放熱部52との間隔を狭くした点で第3実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図5は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。
図5に示すように、本実施形態では、バスバ41の形状を下端部が階段状に折れ曲がるクランク形とした。これにより、バスバ41と放熱部52との間隔を狭くして、バスバ41を熱伝導部材12により近い場所に位置させた。
これにより、第3実施形態と同様の効果が得られるほか、バスバ41の熱が放熱部52に伝達しやすくなるので、より放熱部52の放熱性能を向上させることができる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。本発明の第5実施形態は、バスバ41をモータケース5に固定する固定部材を備えた点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図6は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。
図6に示すように、本実施形態では、モータ収容部51と放熱部52とを接続しているモータケース5の接続部53に、接続部53からモータケース5の側面側に向かって延びる固定部材14を備える。
固定部材14の長さは、その先端面が絶縁樹脂42の下端部から突出したバスバ41の表面に当接するように設定される。固定部材14の先端部には先端面からナット13が剥き出すように埋め込まれ、そのナット13にボルト15を螺合させることでモータ給電線44の外部端子441が接続される。
これにより、ボルト15の軸方向に生じる張力(ボルト軸力)によって、絶縁樹脂42を放熱部52のモータケース内側の挿通孔521に押し付けることができるので、接触熱抵抗を抑えることができる。したがって、放熱部52の放熱性能を向上させることができる。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。本発明の第6実施形態は、絶縁樹脂42及び放熱部52の挿通孔の形状等が第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図7(A)は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。図7(B)は、図7(A)のB−B断面図においてインバータケース8のみを示したものである。
図7(A)及び図7(B)に示すように、本実施形態によるインバータケース8の挿通孔81は、放熱部52の突起部にOリング10を介して嵌合する嵌合部811と、嵌合部811の下方に形成されるガイド部812と、を備える。
ガイド部812は、インバータケース8をモータケース5に容易に嵌合させるために形成されたものであり、三日月状のガイド面813と、嵌合部811の内周面から突出する三日月状のガイド突起814と、を備える。
本実施形態では絶縁樹脂42及び放熱部52にはテーパ面が形成されておらず、絶縁樹脂42は、つば部421から下方に延びる厚肉部422のみを備える。そして、放熱部52の挿通孔521の内周面を絶縁樹脂42の厚肉部422の外周面に当接させて、バスバ41に伝達されたコイルの熱を放熱部52へと伝達する。なお、本実施形態では、つば部421がボルト等により直接インバータケース8に固定される。
図8は、モータケース5にインバータケース8を組み付ける工程を示した図である。
図8(A)及び図8(B)に示すように、放熱部52の突起部522をインバータケース8の嵌合部811に嵌合させるときは、まず放熱部52の突起部522の上端をガイド部812のガイド面813に当接させる。
次に、図8(C)に示すように、放熱部52をガイド面813に沿ってガイド突起814に当接するまで図中右側に移動させる。ガイド突起814の突出量は、このように移動させたときに放熱部52の挿通孔521の内周面に絶縁樹脂42の厚肉部422が当接するように調節され、このガイド突起814の突出量によって放熱部52を絶縁樹脂42に押し付ける押し付け力を調整することができる。
放熱部52がガイド部812のガイド突起814に当接した後は、図8(D)に示すように、そのまま放熱部52を図中上方に移動させてインバータケース8の挿通孔81の嵌合部811に放熱部52の突起部522を嵌合させる。
このように本実施形態によれば、ガイド面813とガイド突起814とを形成することによって、放熱部52を常に略一定の押し付け力で絶縁樹脂42に当接させることができるので、押し付け力の調整等が不要となって作業工数の削減を図ることができる。
また、絶縁樹脂42に放熱部52を押し付けつつ当接させることができるので、絶縁樹脂42と放熱部52との接触熱抵抗を抑えることができる。したがって、バスバ41に伝達されたコイルの熱を効率良く放熱部52へと伝達することができ、放熱性能を向上させることができる。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。本発明の第7実施形態は、絶縁樹脂42及び放熱部52の挿通孔の形状等が第6実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図9は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。
図9に示すように、本実施形態が、第6実施形態で示したインバータ一体型モータ1の放熱部52及び絶縁樹脂42にテーパ面523,425を形成するとともに、モータケース5に固定部材14を設けたものである。
本実施形態によれば、第6実施形態と同様の効果が得られて一定の押し付け力で放熱部52を絶縁樹脂42に当接させることができる。さらに、絶縁樹脂42と放熱部52をテーパ嵌合させるとともに、ボルト軸力によって絶縁樹脂42を放熱部52のモータケース内側の挿通孔521に押し付けることができる。
これにより、長期に亘って絶縁樹脂42に対する放熱部52の押し付け力を維持でき、信頼性及び耐久性を向上させることができる。
(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態について説明する。本発明の第8実施形態は、絶縁樹脂42及び放熱部52の挿通孔の形状等が第6実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図10は、本実施形態によるインバータ一体型モータ1の要部の縦断面図である。
図10に示すように、本実施形態では、ガイド部812のガイド面813を2段階に傾斜するテーパ状にした。そして、放熱部52の外周にガイド部812のガイド面813の傾斜にあわせて2段階に傾斜するテーパ面52a,52bを形成した。
これにより、モータケース5にインバータケース8を組み付けるときは、図11に示すように、ガイド部812のテーパ状のガイド面813に沿って段階的に放熱部52の外周に形成されたテーパ面52a,52bを押し付けながら図中上方にスライドさせて、インバータケース8の嵌合部811に放熱部52の突起部522を嵌合させることができる。これにより、一定の押し付け力で放熱部52を絶縁樹脂42に密着させることができ、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
1 インバータ一体型モータ
2 モータ
3 インバータ
4 配電部
5 モータケース
8 インバータケース
10 Oリング(シール)
12 熱伝導部材
13 ナット(締結部材)
14 固定部材(固定部)
41 バスバ
42 絶縁樹脂(絶縁部材)
44 モータ給電線(電線)
52 放熱部(伝熱部)
82 嵌合溝(嵌合部)
425 テーパ面
522 突起部
523 テーパ面

Claims (7)

  1. モータとインバータとを一体化したインバータ一体型モータであって、
    前記インバータを内部に収容するインバータケースと、
    前記インバータケースに固定されるとともに、一部が前記インバータケースの外部に突出するように設けられて、前記インバータと前記モータとを電気的に接続するバスバ及び前記バスバの一部を被覆する絶縁部材とを含む配電部と、
    前記インバータケースを支持するとともに、前記モータを内部に収容するモータケースと、
    前記モータケースに設けられ、前記インバータケースの外部に突出させた前記絶縁部材の外周面に密着してその絶縁部材を介して前記バスバの熱が伝達される伝熱部と、
    を備えることを特徴とするインバータ一体型モータ。
  2. 前記伝熱部は、前記配電部の前記インバータケースからの突出方向に突起した突起部を備え、
    前記インバータケースは、前記突起部がシールを介して嵌合する嵌合部を備える、
    をことを特徴とする請求項1に記載のインバータ一体型モータ。
  3. 前記配電部は、前記絶縁部材の外周面にテーパ面を備え、
    前記伝熱部は、前記絶縁部材のテーパ面に対向するように設けられて、そのテーパ面にテーパ嵌合するテーパ面を備える、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインバータ一体型モータ。
  4. 前記配電部は、さらに前記バスバと前記モータとを接続する電線を備え、
    記絶縁部材は、前記バスバに前記電線を締結する締結部材を備える、
    ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載のインバータ一体型モータ。
  5. 前記モータケースは、前記配電部の前記インバータケースの外部に突出させた部分に締結されて、その配電部を固定する固定部を備える、
    ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載のインバータ一体型モータ。
  6. 前記配電部は、前記インバータケースからの突出方向に直行する方向への移動が可能なように、そのインバータケースに固定される、
    ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1つに記載のインバータ一体型モータ。
  7. 前記絶縁部材と前記伝熱部とを、熱伝導を促進させる熱伝導部材を介して密着する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1つに記載のインバータ一体型モータ。
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