JP5804450B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

特許文献１には、モータ本体部とモータ本体部の巻線を切り替える巻線切替器を一体的に備えたモータが記載されている。このモータでは、モータ筐体の内部に第１冷却液路が形成され、巻線切替器の筐体の内部に第２冷却液路が形成されている。

特開２０１１−１４７２５３号公報

特許文献１には明確に記載されていないが、巻線切替器を一体的に備えたモータにおいては、モータ本体部の巻線と巻線切替器とを接続する配線や、電源ケーブルに接続される配線等が、モータ内部に設けられる。このような配線は電流が流れることにより発熱するため、内部配線についても冷却したいというニーズがあった。

しかしながら、上記従来技術の第１冷却液路はモータ本体部の巻線を冷却し、第２冷却液路は巻線切替器に設けられる発熱部品を冷却するものであるため、内部配線を十分に冷却できるとは言えなかった。また、内部配線を冷却するために別途冷却構造を設けるとなると、回転電機が大型化するという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構造で内部配線を十分に冷却することができるコンパクトな回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、を有し、前記巻線切替器は、冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、前記筐体の搭載面に搭載された電子部品と、前記筐体に備えられ、前記巻線と前記電子部品とを接続する配線を含む内部配線に関わる配線関連部材と接触する接触面と、を有し、前記配線関連部材は、前記内部配線が接続された端子台であり、前記接触面は、前記端子台と接触する回転電機が適用される。
また、上記課題を解決するため、本発明の他の観点によれば、固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、を有し、前記巻線切替器は、冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、前記筐体の搭載面に搭載された電子部品と、前記筐体に備えられ、前記巻線と前記電子部品とを接続する配線を含む内部配線に関わる配線関連部材と接触する接触面と、を有し、前記接触面は、前記搭載面の周囲を取り囲む側面、及び、前記搭載面と前記流路を挟み反対側に配置される反搭載面の少なくとも一方である回転電機が適用される。
また、上記課題を解決するため、本発明のさらに他の観点によれば、固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、を有し、前記巻線切替器は、冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、前記筐体に備えられ、複数の部品とそれぞれ接触する複数の接触面と、を有し、前記複数の接触面は、互いに角度が異なる前記接触面を含む回転電機が適用される。

本発明によれば、コンパクトな構造で内部配線を十分に冷却することで回転電機をコンパクトにできる。

一実施形態に係る電動機を主要構成部ごとに分解した状態の外観全体を斜視で表した図である。 組み立てた状態の電動機を図１中の矢視Ａ−Ａ線から見た軸方向側断面で表した図である。 図２中の矢視Ｂ−Ｂ線断面から見た配線ユニットの平面図である。 図２中の矢視Ｃ−Ｃ線断面から見た切替制御ユニットの平面図である。 図２中の矢視Ｄ−Ｄ線断面から見た切替制御ユニットフレームの軸方向断面図である。 図５中の矢視Ｅ−Ｅ線断面から見た切替制御ユニットフレームの側断面図である。 変形例の水冷冷却室を備えた切替制御ユニットフレームの図６に対応する側断面図である。 巻線用端子台を水冷冷却室に固定した場合の電動機の図２に対応する側断面図である。

以下、一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、一実施形態に係る電動機を主要構成部ごとに分解した状態の外観全体を斜視で表した図であり、図２は、組み立てた状態の電動機を図１中の矢視Ａ−Ａ線から見た軸方向側断面で表した図である。図示する例の電動機は、例えば電気自動車の駆動用モータに適用される回転型電動機である。なお、図２中においては、図示の煩雑を避けるために、ケーブル等の配線は省略している。

これら図１、図２において、電動機１００は、電動機本体１と、配線ユニット２と、切替制御ユニット３と、蓋部４とを有している。電動機本体１はその全体の外観が略円筒形状であり、その一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の軸方向端部で後述の出力軸１２を突出させ、その反対側（図１中の右上側、図２中の右側）の軸方向端部に、それぞれ略同じ外径で軸方向に短い形状の配線ユニット２と、切替制御ユニット３とを同軸的に重ねて連結している。この重ねる順序としては、電動機本体１、配線ユニット２、及び切替制御ユニット３の順である。さらに、切替制御ユニット３の開放端部に同じ外径の蓋部４を取り付けて、電動機１００の全体が略円筒形状の組立体に構成される。

電動機本体１は、電動機本体フレーム１１と、出力軸１２と、永久磁石が埋め込まれた回転子１３と、巻線を有する固定子１４と、レゾルバ１５とを有している。電動機本体フレーム１１は、全体が略円筒形状で構成され、一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の軸方向端部が閉塞壁１１ａで閉じており、他方側（図１中の右上側、図２中の右側）の軸方向端部が開口している。図示する本実施形態の例では、閉塞壁１１ａに上記出力軸１２が貫通しており、開口している側の軸方向端部に配線ユニット２が連結している。また、電動機本体フレーム１１の内部で開口側に近い軸方向位置に支持壁１１ｂが設けられており、この支持壁１１ｂと上記閉塞壁１１ａがそれぞれの中心位置でベアリング１１ｃを介して出力軸１２を回転自在に支持している。また、この電動機本体フレーム１１の外周側壁１１ｄの内部には、冷却水を周方向に流通可能な冷却水路１１ｅが全周に渡って設けられている。なお、特に詳しく図示しないが、この冷却水路１１ｅには冷却水を流通させる配管を介して外部の冷却水ポンプに接続されている（配管、冷却水ポンプ共に図示省略）。当該冷却水路１１ｅに冷却水を流通させることで、電動機本体１の発熱を吸熱させることができる。

本実施形態の電動機１００の例では、永久磁石が埋め込まれた回転子１３が略円柱形状に構成され、電動機本体フレーム１１の内部で上記出力軸１２に同軸的に固定されている。また、巻線を有する固定子１４は円筒形状に構成されており、上記永久磁石が埋め込まれた回転子１３の外周側を囲む配置で電動機本体フレーム１１の内周面に固定されている。上述したように、出力軸１２の一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の端部は上記電動機本体フレーム１１の閉塞壁１１ａを貫通して突出しており、他方側（図１中の右上側、図２中の右側）の端部は電動機本体フレーム１１の内部に収まっている。この出力軸１２の他方側の端部には、当該出力軸１２の回転速度や回転位置を検出するためのレゾルバ１５が設けられている。

以上のように構成された電動機本体１は、巻線を有する固定子１４に３相交流電力を供給することで、永久磁石が埋め込まれた回転子１３と出力軸１２を回転駆動できる３相交流同期型のモータであり、レゾルバ１５によってその回転子の回転角を検出できる。特に図示しないが、巻線を有する固定子１４には３相交流の各相に対応した巻線を３本並列に巻回して構成する巻線を２組備えている。これらのうち一つの巻線のみに３相交流を供給した場合には、インピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、電動機１００を高速で駆動するのに好適な状態となる。また、２組の巻線を直列に接続してその全体に３相交流を供給した場合には、インピーダンスが高いので低周波領域でも十分な電圧を印加することができ、同一電流に対して電動機１００に大きいトルクを発生させることができ、低速駆動に好適な状態となる。

切替制御ユニット３は、外部から供給された３相交流電力に対して上記２組の巻線をどのように接続して供給するかの切り替え制御を行うユニットであり、配線ユニット２は３相交流電力の供給端子と、切替制御ユニット３と、電動機本体１の２組の巻線との間を接続するケーブルを最適に這いまわして収容するユニットである。

図３は、上記図２中の矢視Ｂ−Ｂ線断面から見た配線ユニット２の平面図である。上記図１〜図３において、配線ユニット２は、配線ユニットフレーム２１と、巻線用端子台２２と、電源用端子台２３と、シールド板２４とを有している。

配線ユニットフレーム２１の外観は、その外周部分で上記電源用端子台２３の配置位置に角部２１ａを有する以外は、上記電動機本体フレーム１１と同じ外径の略円筒形状を有している。また、この配線ユニットフレーム２１は、電動機本体フレーム１１に連結する側（図１中の左下側、図２中の左側、図３中の奥側）の軸方向端部に遮蔽壁２１ｂを有しており、反対側（図１中の右上側、図２中の右側、図３中の手前側）の軸方向端部は開口している。配線ユニットフレーム２１の内部では、軸中心に近い位置に巻線用端子台２２が、上記角部２１ａの位置に電源用端子台２３が、それぞれ遮蔽壁２１ｂに固定されている。

巻線用端子台２２は全体が成形樹脂部材で構成されており、遮蔽壁２１ｂに直接固定される基台部２２ａと、上記切替制御ユニット３に連結する連結部２２ｂとを一体に備えている。基台部２２ａは、遮蔽壁２１ｂとの設置面からの高さが比較的低い略直方体形状を備えている。連結部２２ｂは、基台部２２ａの幅方向一方側（図２、図３中の上側）の辺に沿って長手方向に同じ長さに配置され、その上端が配線ユニットフレーム２１の開口側端部から突出するほどの高さの略直方体形状を備えている。このため当該巻線用端子台２２は、図２中に示すような略Ｌ字形状の断面を長手方向に連続する形状を備えている。配線ユニットフレーム２１の底面に位置する略円形形状の遮蔽壁２１ｂにおいて、巻線用端子台２２の基台部２２ａは遮蔽壁２１ｂの中心から外れてその長手方向に沿った辺を遮蔽壁２１ｂの弦とする配置で固定されている。また連結部２２ｂは、基台部２２ａのうちの遮蔽壁２１ｂの外周側に近い方の辺に位置している。

連結部２２ｂに接続する以外の基台部２２ａの上面には、その長手方向に渡って６つの端子結合部２２ｃが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている。隣り合う２つの端子結合部２２ｃの間には少しだけ高くなった分断壁２２ｄが設けられている。また、連結部２２ｂの先端部には、その長手方向に渡って６つの接続部２２ｅが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている（後述の図４参照）。同じ長手方向位置に位置する端子結合部２２ｃと接続部２２ｅどうしは、基台部２２ａと連結部２２ｂの内部に設けられた金属製のバスバー２２ｆを介して電気的に接続されている。

電源用端子台２３は、上記巻線用端子台２２と同様に、略Ｌ字形状の断面が長手方向に連続する形状を備えており、配線ユニットフレーム２１の外周側の角部２１ａに配置されて遮蔽壁２１ｂに固定されている。この電源用端子台２３には、その長手方向に渡って３つの電源結合部２３ａが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている。これら３つの電源結合部２３ａは、外部電源ケーブル２５を介して図示しない外部のインバータに接続されている。

配線ユニットフレーム２１の遮蔽壁２１ｂの中心位置には、上記電動機本体１に設けられたレゾルバ１５より少し大きい外径で例えば磁性体などからなるシールド板２４が設けられている。また遮蔽壁２１ｂにおいて、シールド板２４より外周側で適宜の周方向位置に２つの挿通穴２１ｃ、２１ｄが隣接して設けられている。また遮蔽壁２１ｂにおいて、巻線用端子台２２より外周側の位置には、遮蔽壁２１ｂを貫通して上記レゾルバ１５の配線を配線ユニットフレーム２１の内部へ通すための連通穴２１ｅが設けられている。

そして、巻線用端子台２２の基台部２２ａに設けられた６つの端子結合部２２ｃのうち、図３中の左側の３つはそれぞれ高速用ケーブル２６の端子を結合するための結合部であり、図３中の右側の３つはそれぞれ低速用ケーブル２７の端子を結合するための結合部である。上記連結部２２ｂは、これら高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７のそれぞれに対応して長手方向に２分割されている。電源用端子台２３に設けられた３つの電源結合部２３ａは、それぞれ電源用ケーブル２８の端子を結合するための結合部である。各結合部は、ボルトなどの締結によって各ケーブルの端子が結合される。高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用ケーブル２８はそれぞれ３本ずつ配線されるが、それら３本の内訳は３相交流のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応している。

電源用ケーブル２８は、図示しない外部のインバータから供給された駆動用の３相交流電流が流れるケーブルである。高速用ケーブル２６は、上述した電動機本体１の内部に備えられる２組の巻線に対して高速駆動の切替時に接続するケーブルであり、接続の切り替え状態によっては比較的大きな電流が流れるため太いケーブルが用いられている。低速用ケーブル２７は、上述した電動機本体１の内部に備えられる２組の巻線に対して低速駆動の切替時に接続するケーブルであり、どのような接続の切り替え状態であっても上記電源用ケーブル２８と同等またはそれより低い電流が流れるため、電源用ケーブル２８と同じ太さのケーブルが用いられている。

３本の高速用ケーブル２６は、巻線用端子台２２に最も近い位置の挿通穴２１ｃに挿通させて電動機本体１の内部に挿通されている。３本の低速用ケーブル２７は、もう一方の挿通穴２１ｄを通過して電動機本体１の内部に挿通されている。このように電動機本体１の内部に挿通された高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７の併せて６本のケーブルは、図１に示すように、それぞれ電動機本体フレーム１１の内周側で同じ巻回方向に何重にも巻回された状態で収納され、その巻回部分２９から出たそれぞれの端部が２組の巻線に接続される（図２中ではこの巻回部分２９を含めた配線全体を省略している）。

この電動機本体１内におけるケーブルの巻回部分２９の巻回経路は、図３の断面から見て、配線ユニットフレーム２１と同等の外径である電動機本体フレーム１１の外周側壁１１ｄの内面に沿って反時計回り方向に描く円形経路である（特に図示せず）。この円形経路に対して、図３中に示す配置の高速用ケーブル２６は、比較的曲率の小さい（曲率半径の大きい）配線経路で進入できるよう引き回せる。また、同じ円形経路に対して、図３中に示す配置の低速用ケーブル２７は、比較的曲率の大きい（曲率半径の小さい）配線経路で進入するよう引き回している。

ここで、基台部２２ａの上面で隣り合う２つの端子結合部２２ｃの間の分断壁２２ｄは、近傍のケーブルの配線経路に沿う方向で設けられている。それら分断壁２２ｄの間の出口位置を考慮すると、最も太い３本の高速用ケーブル２６が、巻線用端子台２２の半径方向最外周側に配線され、最も細い低速用ケーブル２７が巻線用端子台２２の半径方向略中央位置に配線されるよう、それぞれ接続されていると見なせる。なお、ここでの半径方向とは、略円筒形状の配線ユニットフレーム２１における半径方向を意味する。また、図示するこの例の配線経路では、３本の高速用ケーブル２６と３本の低速用ケーブル２７とが互いに隣接するよう配置されている。

図４は、上記図２中の矢視Ｃ−Ｃ線断面から見た切替制御ユニット３の平面図である。上記図１、図２及び図４において、切替制御ユニット３は、切替制御ユニットフレーム３１と、ダイオードモジュール３２と、ＩＧＢＴモジュール３３と、制御回路基板３４とを有している。

切替制御ユニットフレーム３１の外観は、上記電動機本体フレーム１１と同じ外径の略円筒形状を有している。また、この切替制御ユニットフレーム３１は、配線ユニットフレーム２１に連結する側（図１中の左下側、図２中の左側、図４中の奥側）の軸方向端部に水冷冷却室３５を有しており、反対側（図１中の右上側、図２中の右側、図４中の手前側）の軸方向端部は開口している。上記水冷冷却室３５は、切替制御ユニットフレーム３１の周方向の一部分（図２中、図４中の上方部分）において配線ユニット２に向けて開口させ、それ以外では全面的に遮蔽するよう設けられている。配線ユニット２と連結した際には、この水冷冷却室３５が設けられていない開口部分（以下において、開放口３１ａという）に上記巻線用端子台２２の連結部２２ｂが貫通し、切替制御ユニットフレーム３１の内部に挿入される。なお、水冷冷却室３５の構造については後に詳述する。

切替制御ユニットフレーム３１の内部では、ダイオードモジュール３２が上記開放口３１ａに近い側の位置で、ＩＧＢＴモジュール３３が上記開放口３１ａから遠い側の位置で、それぞれ水冷冷却室３５の上面壁３５ａ（図２中の右側の壁面、図４中の手前側の壁面）に固定されている。そして制御回路基板３４は、ダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３の上方側（図２中の右側、図４中の手前側）に重なる配置で固定され、外部制御ケーブル３６を介して図示しない外部の切替制御装置に接続されている。なおここでは、説明の便宜上、蓋部４の側を上方側、電動機本体１の側を下方側としている。ダイオードモジュール３２は、配線ユニット２から当該切替制御ユニット３の内部に挿入された上記連結部２２ｂの先端の６つの接続部２２ｅからそれぞれ適宜の配線を介して接続されている。またＩＧＢＴモジュール３３は、ダイオードモジュール３２と制御回路基板３４にそれぞれ適宜の配線を介して接続している（これらの配線は図示を省略）。これらのうち、上記連結部２２ｂ、ダイオードモジュール３２、及びＩＧＢＴモジュール３３には、上記高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７を介して大きな電流が流れるため、高い温度に発熱する。このため、これら連結部２２ｂ、ダイオードモジュール３２、及びＩＧＢＴモジュール３３は、切替制御ユニットフレーム３１に設けられた水冷冷却室３５を構成する部材に接触させて吸熱させる必要がある。

図５は、上記図２中の矢視Ｄ−Ｄ線断面から見た切替制御ユニットフレーム３１の軸方向断面図であり、図６は、図５中の矢視Ｅ−Ｅ線断面から見た切替制御ユニットフレーム３１の側断面図である。つまり、図５、図６はそれぞれ主に水冷冷却室３５の軸方向断面及び側断面を表している。これら図５、図６において、水冷冷却室３５は、配線ユニット２側への開放口３１ａの周囲部分を除いた切替制御ユニットフレーム３１の外周側面の部分と、上記開放口３１ａを仕切る内壁部３１ｂとで側方を囲まれて、さらに配線ユニット２側に位置する下面壁３５ｂとその軸方向逆側の上面壁３５ａとに挟まれた密閉空間で構成されている。なお、本実施形態の例では、下面壁３５ｂと上面壁３５ａのそれぞれの内面が並行に対向するよう配置されている。

さらに、水冷冷却室３５の内部において、その略中心位置から上記開放口３１ａと逆側（図２中、図５中の下側）の外周側壁に渡って延設されて下面壁３５ｂと上面壁３５ａを接続する仕切り壁部３５ｃが設けられており、このため図５の平面図で見た当該水冷冷却室３５の全体は略Ｕ字型形状（図５中では上下逆向き）を備えている。この略Ｕ字形状の両端位置、つまり上記開放口３１ａと逆側で仕切り壁部３５ｃを挟んだ２箇所の位置における外周側壁がそれぞれ開口されており、それぞれノズル３７，３８が連通して設けられている。本実施形態の例では、図５中の左側のノズル３７が当該水冷冷却室３５の内部に冷却水を供給する供給口ノズル３７として機能し、図５中の右側のノズル３８が当該水冷冷却室３５の内部から冷却水を排出する排出口ノズル３８として機能する。これら供給口ノズル３７と排出口ノズル３８は、それぞれ冷却水を流通させる配管を介して外部の冷却水ポンプに接続されている（配管、冷却水ポンプ共に図示省略）。

そして、この略Ｕ字形状の水冷冷却室３５の内部においては、供給口ノズル３７から排出口ノズル３８へ向かう方向で冷却水が流通するが、図５の平面図で見た水冷冷却室３５の形状としては、上記供給口ノズル３７と排出口ノズル３８を設けた側（つまり略Ｕ字形状の両端側）よりも上記開放口３１ａの側（つまり略Ｕ字形状の屈曲側）の方が流路幅が大きくなるように形成されている。つまり、流路幅が２つのノズル３７，３８側から流路奥側に向けて拡大するように形成されている。特に上記仕切り壁部３５ｃによって仕切られた領域においては、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されている。

また、水冷冷却室３５の内部には、配線ユニット２側の上面壁３５ａに複数の整流フィン３５ｄが設けられている。これら整流フィン３５ｄは、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに到達しない程度に突出した壁部であり、冷却水が流通する経路の各領域においてそれぞれ冷却水の流通方向に沿って４つ設けられている。そして上述したように、特に上記仕切り壁部３５ｃによって仕切られた領域においては、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されているため、当該領域に設けられた各整流フィン３５ｄは略放射状に配置されている。それ以外の領域では、冷却水の流通方向に沿って４つの整流フィン３５ｄが略平行に配置されている。

また、水冷冷却室３５の内部には、上記ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３を上面壁３５ａに接触させて固定するためのネジ穴３９を内部に有した取付部３５ｅが設けられている。各整流フィン３５ｄは、これら取付部３５ｅに干渉しない配置で設けられている。各取付部３５ｅは、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに渡って両方に接続するように設けられている。このようにしてダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３は各ネジ穴３９に螺合させたネジを介して各取付部３５ｅに固定され、水冷冷却室３５の上面壁３５ａに広い範囲で接触している。これにより、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３に大きい電流が流れて発熱しても、水冷冷却室３５に吸熱させることができる。また、同じ水冷冷却室３５でも、流路幅の広い開放口３１ａ側の領域（図２中、図５中の上側の領域）より、流路幅が狭いノズル３７，３８側の領域（図２中、図５中の下側の領域）の方が冷却水の流速が速いため冷却効率がよい。このため、図示するように、比較的発熱温度が高くなるＩＧＢＴモジュール３３をノズル３７，３８側の領域に配置し、比較的発熱温度が低いダイオードモジュール３２を開放口３１ａ側の領域に配置させている。

また、図２、図５に示すように、配線ユニット２から上記開放口３１ａを貫通して切替制御ユニット３の内部に挿入されている上記巻線用端子台２２の連結部２２ｂは、その側部の平坦面を水冷冷却室３５の開放口３１ａ側の上記内壁部３１ｂに接触させている。これにより、当該連結部２２ｂの内部に設けられているバスバー２２ｆに大きな電流が流れて連結部２２ｂ全体が発熱しても、水冷冷却室３５に吸熱させることができる。また、電源用端子台２３もまた電流が流れた際に発熱する部材であるため、上記図２に示すようにその断面略Ｌ字形状の先端部を水冷冷却室３５の下面壁３５ｂに接触させることで吸熱できる。または、また、特に図示しないが、電動機本体１の内部に設けられたレゾルバ１５に接続された配線が、配線ユニットフレーム２１の上記連通穴２１ｅ及び切替制御ユニットフレーム３１の開放口３１ａを介して配線され、制御回路基板３４に接続されている。

以上のように構成された電動機１００の全体を見ると、上述したように、電動機本体１と、配線ユニット２と、切替制御ユニット３と、蓋部４とを、この順序で重ねて連結した構成である。このうち、巻線を有する固定子１４を内部に備えた電動機本体１が最も発熱量が大きく、それに次いでダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３を内部に備えた切替制御ユニット３の発熱量が高い。配線ユニット２は、内部に備えた各端子台２２，２３や各ケーブル２６，２７，２８が大きな電流を流すことで発熱するものの、ユニット単位で見れば電動機本体１や切替制御ユニット３よりも大分発熱量が低い。これにより、配線ユニット２は、電動機本体１から切替制御ユニット３への熱の伝達を遮断する断熱室として機能する。

以上において、出力軸１２が各請求項記載のシャフトに相当し、電動機本体１が各請求項記載の回転電機本体部に相当し、切替制御ユニット３が各請求項記載の巻線切替器に相当し、冷却水（特に図示せず）が各請求項記載の冷媒に相当し、水冷冷却室３５が各請求項の流路に相当し、切替制御ユニットフレーム３１が各請求項記載の筐体に相当し、上面壁３５ａの上側（図２中の右側、図６中の上側）の面が各請求項記載の搭載面に相当し、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３が各請求項記載の電子部品に相当し、高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用ケーブル２８が各請求項記載の複数の内部配線に相当し、巻線用端子台２２及び電源用端子台２３の成形樹脂部材及びバスバー２２ｆと、高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用ケーブル２８が各請求項記載の配線関連部材に相当し、下面壁３５ｂの下側（図２中の左側、図６中の下側）の面が各請求項記載の接触面及び反搭載面に相当し、内壁部３１ｂが各請求項記載の接触面及び側面に相当し、電動機１００全体が各請求項記載の回転電機に相当する。また、巻線用端子台２２が各請求項記載の端子台及び第１端子台に相当し、外部電源ケーブル２５が各請求項記載の電源ケーブルに相当し、電源用端子台２３が各請求項記載の端子台及び第２端子台に相当する。

以上説明したように、本実施形態の電動機１００によれば、切替制御ユニット３が、冷却水を循環させる水冷冷却室３５が内部に形成された切替制御ユニットフレーム３１を有しており、この切替制御ユニットフレーム３１の上面壁３５ａに発熱するダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３が搭載される。これにより、水冷冷却室３５を循環する冷却水によってダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３が冷却される。

一方、切替制御ユニットフレーム３１には、固定子１４の巻線と切替制御ユニット３のダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３とを接続する高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用家ブル２８に関わる巻線用端子台２２及び電源用端子台２３と接触する内壁部３１ｂ及び下面壁３５ｂが設けられている。巻線用端子台２２及び電源用端子台２３は、電流が流れることにより発熱する。本実施形態では、巻線用端子台２２を切替制御ユニットフレーム３１の内壁部３１ｂに接触させ、電源用端子台２３を切替制御ユニットフレーム３１の下面部３５ｂに接触させることによってそれぞれ冷却水と熱交換を行わせ、冷却することが可能である。また、このように切替制御ユニット３の冷却構造を利用して巻線用端子台２２及び電源用端子台２３を冷却することが可能であるため、別途冷却構造を設ける必要がなく、電動機１００が大型化することもない。したがって、コンパクトな構造で内部配線である高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用ケーブル２８を十分に冷却することができる。

また、本実施形態によれば、巻線用端子台２２を内壁部３１ｂに接触させて冷却し、当該巻線用端子台２２を介して接続された高速用ケーブル２６及び低速用ケーブル２７を冷却する。また、電源用端子台２３を下面壁３５ｂに接触させて冷却し、当該電源用端子台２３を介して接続された電源用ケーブル２８を冷却する。このように巻線用端子台２２及び電源用端子台２３を接触させる構造とすることにより、例えばケーブル自体を内壁部３１ｂ及び下面壁３５ｂに接触させて冷却する場合に比べ、接触面積を増大することができ、冷却効率を向上できる。また、巻線用端子台２２及び電源用端子台２３を内壁部３１ｂ及び下面壁３５ｂに対して固定すれば、それぞれ密着され、さらに冷却効率を高めることが可能となる。

また、本実施形態によれば、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３が搭載される上面壁３５ａと水冷冷却室３５を挟み反対側に配置される下面壁３５ｂを発熱部材と接触させる接触面とすることで、上面壁３５ａと略同等の面積を有する広い接触面を確保することが可能となる。また、上面壁３５ａの周囲を取り囲む内壁部３１ｂなどの側面を接触面とすることで、さらに広い接触面を確保できると共に、下面壁３５ｂとは異なる角度の接触面を有することで、各端子台２２，２３と接触面との接触態様の自由度を向上できる。したがって、切替制御ユニット３の冷却性能を向上できる。

また、本実施形態によれば、巻線用端子台２２を内壁部３１ｂに接触させて冷却することで、当該巻線用端子台２２を介して固定子１４の巻線と切替制御ユニット３のダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３とを接続する高速用ケーブル２６及び低速用ケーブル２７を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態によれば、巻線用端子台２２がバスバー２２ｆと成形樹脂部材を有しており、成形樹脂部材に形成された平坦面と内壁部３１ｂとが接触することで、バスバー２２ｆが冷却される。一般にバスバー２２ｆは巻線よりも断面積が大きいため、巻線の端部をバスバー２２ｆに変換した上で熱交換させることで、伝熱面積を増大でき、冷却効率を向上できる。また、成形樹脂部材に平坦面を形成することで、側面との密着度が高まり、さらに冷却効率を高めることができる。

また、本実施形態によれば、電源用端子台２３を下面壁３５ｂに接触させて冷却することで、当該電源用端子台２３を介して固定子１４の巻線と外部電源ケーブル２５とを接続する電源用ケーブル２８を効率的に冷却することができる。

なお上記実施形態においては、巻線用端子台２２を１つにまとめて設けたが本発明はこれに限られない。例えば、高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７のそれぞれに個別に対応させて２つの巻線用端子台２２を設けてもよいし、もしくは３つ以上に分割して設けてもよい。また、３本の高速用ケーブル２６が最も太く、３本の低速用ケーブル２７と３本の電源用ケーブル２８が同じ細さのケーブルとしていたが、このように２種類の太さに限定する必要はない。例えば、高速用ケーブル２６のうちの１本が最も太く、その他の高速用ケーブル２６をそれよりも細くしてもよいし、低速用ケーブル２７のうちのいずれかを細い方の高速ケーブルより太くしてもよい。つまりケーブルの太さを３種類以上としてもよい。この場合には、最も細いケーブルの配線経路が半径方向中央位置に位置しなくともよい。つまり、最も太いケーブルの配線経路を半径方向最外周位置に位置させることを原則としていればよく、それ以外の中程度の太さのケーブルを半径方向中央位置に位置させてもよい。

なお、切替制御ユニットフレーム３１に設けた水冷冷却室３５において、上記実施形態では下面壁３５ｂと上面壁３５ａのそれぞれの内面が平行に対向するよう配置していたが、本発明はこれに限られない。例えば、上記図６に対応する図７に示すように、側面方向から見た場合の流路幅が、ノズル３７，３８側の流路幅Ｗ１よりも開放口３１ａ側の流路幅Ｗ２の方が小さくなるよう、下面壁３５ｂＡと上面壁３５ａＡのそれぞれの内面を互いに傾けて配置してもよい。すなわち、流路の深さがノズル３７，３８側から流路奥側に向けて浅くなるように形成してもよい。このような流路形状とすることにより、図５の平面方向から見た場合の流路幅をノズル３７，３８側から流路奥側に向けて拡大しつつ、流路断面積をほぼ一定に保つことが可能となる。その結果、冷却水の流速をほぼ一定に保持することができるので、冷却効率を下げることなく、冷却面の面積を増大することができる。その結果、冷却性能をさらに向上できる。

また、上記構成の水冷冷却室３５は、上述した切替制御ユニット３や電動機１００以外にも適用可能であり、例えば同様に高い温度で発熱するインバータなどへの適用も有効である。また、整流フィン３５ｄについては、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに到達しない程度に突出した壁部で設けていたが、これに限られない。例えば、下面壁３５ｂから突出させてもよいし、又は下面壁３５ｂと上面壁３５ａの両方から突出させてその間に隙間を空けるか、もしくは接続するように設けてもよい。

なお、図２に対応する図８に示すように、電源用端子台２３における断面略Ｌ字形状の底辺部を水冷冷却室３５の下面壁３５ｂに接触させ、当該電源用端子台２３自体を水冷冷却室３５に固定させることでさらに冷却効率を向上させてもよい。また、配線ユニット２側の部材では、各端子台２２，２３の樹脂部分の平坦面だけを水冷冷却室３５の内壁部３１ｂや下面壁３５ｂに接触させていたが、これに限られない。例えば、各ケーブル２６，２７，２８を、水冷冷却室３５を構成するいずれかの壁部に接触させるよう配線してもよい。または、各端子台２２，２３の内部の金属製のバスバー２２ｆを外部に露出させ、それを水冷冷却室３５を構成するいずれかの壁部に直接接触させてもよい。この場合には、各バスバー間の絶縁を考慮した構成が必要になる。

なお、電動機本体フレーム１１と配線ユニットフレーム２１が別体で構成されていたが、これに限られない。例えば、特に図示しないが、電動機本体フレーム１１と配線ユニットフレーム２１とを一体に形成してもよい。この場合には、電動機本体フレーム１１の内部へのアクセスを容易とするために、上記閉塞壁１１ａを別体で構成して着脱可能にする必要がある。又は、配線ユニットフレーム２１と切替制御ユニットフレーム３１とを一体に形成してもよい。また、電動機本体１と配線ユニット２とを必ずしも隣接して連結させる必要はなく、例えばそれらの間に出力軸１２に連結したブレーキのユニット等を配置して連結させてもよい。また、電動機本体１において出力軸１２を突出させた側と逆側の軸方向端部に配線ユニット２と切替制御ユニット３を配置して連結したが、これに限られない。例えば、電動機本体１の出力軸１２を突出させた側の軸方向端部に配線ユニット２と切替制御ユニット３を配置して連結させてもよい。この場合には、配線ユニット２と切替制御ユニット３の中心位置に出力軸１２を貫通させるよう構成する必要がある。

また、上記実施形態では、反負荷側ブラケットとしての支持壁１１ｂと、配線ユニット２を別体としたが、例えば配線ユニット２の配線ユニットフレーム２１が支持壁を備え、ベアリング１１ｃを支持する構成としてもよい。言い換えれば、配線ユニット２が反負荷側ブラケットに設けられた構成としてもよい。これにより、電動機１００のさらなる小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、回転電機が電動機である場合を一例として説明したが、これに限られず、回転電機が発電機である場合にも適用することができる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 電動機本体（回転電機本体部）
２ 配線ユニット
３ 切替制御ユニット（巻線切替器）
４ 蓋部
１１ 電動機本体フレーム
１１ｅ 冷却水路
１２ 出力軸（シャフト）
１３ 回転子
１４ 固定子
１５ レゾルバ
２１ 配線ユニットフレーム
２１ｃ 挿通穴
２１ｄ 挿通穴
２１ｅ 連通穴
２２ 巻線用端子台（配線関連部材、端子台、第１端子台）
２２ｂ 連結部
２３ 電源用端子台（配線関連部材、端子台、第２端子台）
２４ シールド板
２５ 外部電源ケーブル（電源ケーブル）
２６ 高速用ケーブル（内部配線、配線関連部材）
２７ 低速用ケーブル（内部配線、配線関連部材）
２８ 電源用ケーブル（内部配線、配線関連部材）
２９ 巻回部分
３１ 切替制御ユニットフレーム（筐体）
３１ａ 開放口
３１ｂ 内壁部（接触面、側面）
３２ ダイオードモジュール（電子部品）
３３ ＩＧＢＴモジュール（電子部品）
３４ 制御回路基板
３５ 水冷冷却室
３５ａ 上面壁（搭載面）
３５ｂ 下面壁（接触面、反搭載面）
３５ｃ 仕切り壁部
３５ｄ 整流フィン
３５ｅ 取付部
３７ 供給口ノズル
３８ 排出口ノズル
１００ 電動機（回転電機）

Claims (7)

1. 固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、
   前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、を有し、
   前記巻線切替器は、
   冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、
   前記筐体の搭載面に搭載された電子部品と、
   前記筐体に備えられ、前記巻線と前記電子部品とを接続する配線を含む内部配線に関わる配線関連部材と接触する接触面と、を有し、
   前記配線関連部材は、前記内部配線が接続された端子台であり、
   前記接触面は、前記端子台と接触する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記接触面は、
   前記搭載面の周囲を取り囲む側面、及び、前記搭載面と前記流路を挟み反対側に配置される反搭載面の少なくとも一方である
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記側面は、
   前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続するための第１端子台と接触する
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記第１端子台は、
   前記巻線の端部と前記電子部品を電気的に接続するためのバスバーと、
   前記バスバーの周囲に設けられた成形樹脂部材と、を有し、
   前記側面は、
   前記成形樹脂部材に形成された平坦面と接触する
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記反搭載面は、
   電源ケーブルと前記巻線の端部を電気的に接続する第２端子台と接触する
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、
   前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、を有し、
   前記巻線切替器は、
   冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、
   前記筐体の搭載面に搭載された電子部品と、
   前記筐体に備えられ、前記巻線と前記電子部品とを接続する配線を含む内部配線に関わる配線関連部材と接触する接触面と、を有し、
   前記接触面は、
   前記搭載面の周囲を取り囲む側面、及び、前記搭載面と前記流路を挟み反対側に配置される反搭載面の少なくとも一方である
   ことを特徴とする回転電機。
7. 固定子及び回転子を備えた回転電機本体部と、
   前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器と、を有し、
   前記巻線切替器は、
   冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、
   前記筐体に備えられ、複数の部品とそれぞれ接触する複数の接触面と、を有し、
   前記複数の接触面は、
   互いに角度が異なる前記接触面を含む
   ことを特徴とする回転電機。
   

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