JP6295629B2

JP6295629B2 - モータユニット

Info

Publication number: JP6295629B2
Application number: JP2013250684A
Authority: JP
Inventors: 山田　俊道; 俊道山田
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: JP2015109733A

Description

本発明は、インバータ回路を有したモータ駆動装置を具備し、当該モータ駆動装置から出力される所望の交流電力によってモータが駆動するモータユニットに関するものである。

インバータ回路を有したモータ駆動装置を具備し、当該モータ駆動装置から出力される所望の交流電力によってモータ（回転子と固定子とを有したモータ）が駆動するモータユニットにおいては、単に小型化を図って適用対象（例えば電気自動車）への設置スペースを抑えるのではなく、当該モータユニットを効率良く設置してデッドスペースを少なくすることが求められている。例えば、インバータ回路に適用される一般的なコンデンサ（例えば電解コンデンサ）においては、比較的高さがありデッドスペースを形成し易い電気部品であるため、モータに近接して一体化させた構成（以下、一体化構成）等により設置スペースを抑えることが検討されている。

特許文献１の場合、円筒状のコンデンサと当該コンデンサ内側の中空部に内設可能なモータとを併用した構成により、モータとコンデンサとに起因するデッドスペースを少なくした一体化構成が開示されているが、コンデンサがモータ外装壁の全周に亘って延在しインバータ回路が拡張されてしまうため、却ってユニット全体が占める設置スペースを大きくさせてしまう虞がある。一方、特許文献２では、モータ外装壁の外周面の一部にモータ駆動装置が突設され、そのモータ駆動装置内において円柱状のコンデンサがモータ外装壁の外周面に沿って複数個並列（各コンデンサの中心軸が互いに平行でかつモータ軸と平行となるように配置）した一体化構成であり、特許文献１と比較すると、インバータ回路を集約（モータ外装壁の外周面のうち一部側に集約）しながらデッドスペースを少なくすることができ、ユニット全体が占める設置スペースを抑え易くなっている。

また、コンデンサは、インバータ回路の動作状況に応じて発熱し、温度上昇するとコンデンサの電気的特性が変化してしまうことがあるため、その温度上昇を抑制できるようなモータユニットを構成することが望ましい。特許文献２の場合には、円柱状のコンデンサ複数個とモータ外装壁との間に弾性シートを介在させ、その弾性シートを介して各コンデンサの熱を放熱し温度上昇を抑制することが開示されている。

特開２００４−１５３８７５号公報特開２００４−４４５５５号公報

しかしながら、前記の弾性シートと円柱状のコンデンサとの接触（あるいは近接）面積は小さく、コンデンサの熱を十分放熱することができず、温度上昇を抑制できない虞がある。例えば発熱量の小さいコンデンサ（小型のコンデンサ等）を適用して温度上昇を抑制する構成も考えられるが、モータを駆動するために必要なコンデンサの個数が増加してしまい、ユニット全体が占める設置スペースを大きくさせてしまう虞がある。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みてなされたものであって、コンデンサの温度上昇を十分抑制できるようにし、ユニット全体としての設置スペースを抑えながらデッドスペースを小さくできるようにしたモータ駆動装置を提供することにある。

この発明に係る電子制御装置は、前記の課題を解決できる創作であり、その一態様は、筒状のモータ外装壁と、回転子および固定子を有しモータ外装壁の内周側に設けられて当該固定子がモータ外装壁の軸心方向に延在したモータと、モータ外装壁の外周面とモータとの間に位置し冷却水が循環する冷媒循環路と、を備え、前記モータが、インバータ回路を有したモータ駆動装置から出力される交流電力によって駆動するモータユニットであって、前記インバータ回路は、前記冷媒循環路の外周側方向に位置するモータ外装壁の外周面であって当該モータ外装壁の軸心方向一端側寄りの面の一部を被覆する箱状のコンデンサを有し、前記コンデンサのモータ外装壁側の形状が、当該コンデンサにより被覆されるモータ外装壁の外周面に沿って延在し当該延在方向の横断面が円弧状の形状であり、冷媒循環路は、モータ外装壁の外周面のうちコンデンサの反対側の位置に形成された冷媒導入口と、モータ外装壁の外周面のうちコンデンサ側の位置であって、当該モータ外装壁の軸心方向他端側寄りで当該コンデンサに被覆されていない位置に形成された冷媒排出口と、を備えていることを特徴とする。

前記冷媒循環路は、筒状であってモータ外装壁と同軸状に設けられたものでも良い。また、前記冷媒循環路は、モータ外装壁の軸心を軸にしてスパイラル状に延在したものでも良い。さらに、前記モータ外装壁の外周面とコンデンサのモータ外装壁側との間に熱伝導性を有するシート状弾性材を介在させても良い。

以上示したように本発明によれば、コンデンサの温度上昇を十分抑制できるようにし、ユニット全体としての設置スペースを抑えながらデッドスペースを小さくすることが可能となる。

本実施形態におけるモータユニットの一例を示す概略説明図（（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図）。図１のモータユニットに適用されるモータ駆動装置のインバータ回路の一例を示す概略回路図。

本発明の実施形態のモータユニットは、モータ外装壁の外周面とモータとの間に冷媒循環路が備えられたものであり、モータ駆動装置のインバータ回路において、単なる円柱状のコンデンサを適用するのではなく、冷媒循環路の外周側方向に位置するモータ外装壁の外周面の一部を被覆するように突設された箱状のコンデンサを適用したものである。この本実施形態のコンデンサにおけるモータ外装壁側の形状は、当該コンデンサにより被覆されるモータ外装壁の外周面（以下、被覆された箇所の外周面を被覆面）に沿って延在した形状となっている。

このような本実施形態のモータユニットによれば、モータ外装壁の被覆面側にインバータ回路が集約（例えば特許文献１よりも集約）され易く、ユニット全体として小型化を図って設置スペースを抑えることができ、デッドスペースを少なくすることも可能となる。

また、コンデンサのモータ外装壁側と当該モータ外装壁の被覆面との両者間において、従来のモータユニットよりも接触（あるいは近接）面積を大きくし易くなり、当該両者間における熱交換効率が高められることになる。これにより、例えばインバータ回路の動作状況に応じて発熱し得るコンデンサの熱が、モータ外装壁の外周面とモータとの間に位置する冷媒循環路によって除熱され易くなり、コンデンサにおいて温度上昇を十分抑制して所望の電気的特性を発揮することが可能となる。このようにコンデンサの電気的特性を十分発揮することができれば、コンデンサの小型化（あるいは、複数個適用している場合には個数の削減）等にもつながり、モータユニットについて一層の小型化や軽量化等に貢献できる可能性がある。

本実施形態に係るモータユニットは、前述のような箱状形態のコンデンサを適用したものであれば良く、例えばモータ分野，冷媒循環路分野，インバータ回路分野等の種々の分野で一般的に知られている技術を適用して適宜変更することが可能であり、その一例として以下に示す具体例が挙げられる。

＜モータユニットの一例＞
図１（Ａ；概略横断面図），（Ｂ；概略縦断面図）に示すモータユニット１０は、本実施形態の一例であって、主に、筒状のモータ外装壁１と、モータ外装壁１の内周側に設けられたモータ２と、モータ外装壁１の外周面１ａとモータ２との間に位置する冷媒循環路３と、を備え、冷媒循環路３の外周側方向に位置するモータ外装壁１の外周面１ａの一部には、モータ駆動装置４のインバータ回路４１の一部を構成するコンデンサ５が突設されている。

モータ外装壁１は、当該モータ外装壁１の外周面１ａよりも内周側に目的とするモータ２や冷媒循環路３等を包覆して収容可能なものであれば、種々の形態のものを適用することが可能であり、例えばステンレス鋼板等を筒状に成形し所望の特性（機械的強度，耐腐食性等）を付与した外装壁を適用することが挙げられる。具体例としては、図１（Ａ）に示すように横断面環状に成形されたモータ外装壁１が挙げられるが、前述のように目的とするモータ２等を収容可能な形態であれば、横断面が矩形状や楕円状等に成形されたものであっても良い。

モータ２は、回転子（例えば永久磁石等を用いて成り回転磁界によって回転する回転子）２ａおよび固定子（例えばステータコイル）２ｂを有しモータ外装壁１の内周側に配置されるものであって、モータ駆動装置４のインバータ回路４１によって出力される交流電力により回転子２ａが回転駆動するものであれば、種々の形態のもの適用することが可能であり、例えば電気自動車やエレベータ等の各種分野で適用されている形態のものが挙げられる。具体例としては、図１に示すように、永久磁石等を用いて成るものであって回転自在に支持（例えば図外の軸受等を介して支持）された円柱状の回転子２ａと、回転子２ａの一端側において当該回転子２ａの軸心方向に突出した回転出力軸２ｃと、ステータコイル等を用いて成るものであって回転子２ａの外周側を包覆するように配置された固定子２ｂと、を具備したモータ２が挙げられる。

冷媒循環路３は、モータ２の駆動を阻害しないようにモータ外装壁１の外周面１ａとモータ２との間に設けられた循環路であって、冷却水等の冷媒が循環してモータ２を冷却（モータ２の熱を除熱）することが可能なものであれば、種々の形態のものを適用することが可能であり、例えば一般的な水冷式モータユニットに適用されている水冷ジャケット（例えば特開平８−２９８７５０号公報の水冷ジャケット２０）のような循環路が挙げられる。具体例としては、図１に示すように、モータ外装壁１の内周側において当該モータ外装壁１と同軸状に設けられた筒状の冷媒循環路３が挙げられる。その他には、例えば長尺線状の循環路を成形して成るものであって、モータ外装壁１の外周面１ａとモータ２との間において当該モータ外装壁１の一端側から他端側方向に向かってスパイラル状に延在する形態のもの挙げられる。また、冷媒循環路３は、モータ外装壁１と別体に形成されたものでも良く、当該モータ外装壁１と一体化して形成（例えばモータ外装壁１の外周面１ａと内周面１ｂとの間に埋没するように一体化して形成）したものであっても良い。冷媒循環路３に冷媒を循環させる手段としては特に限定されるものではないが、例えば図１に示すように冷媒循環路３に冷媒導入口３ａ，冷媒排出口３ｂを形成し、図外のポンプ等を介して冷媒を冷媒循環路３に循環させる方法が挙げられる。冷媒循環路３の大きさや冷媒の循環量等は、冷却目的のモータ２やコンデンサ５等を十分冷却できるように適宜設定することが挙げられる。

モータ駆動装置４は、コンデンサ５を含む種々の電気部品と接続するインバータ回路４１を備えたものであって、そのインバータ回路４１を介してモータ２に対し所望の交流電力を出力できるものであれば、種々の形態のものを適用することが可能であり、例えば図２に示すようなインバータ回路４１を備えモータ外装壁１の外周側に設置できるものが挙げられる。図２のインバータ回路４１の場合においては、入力電源４２とモータ２との間に配置されるものであり、主に、複数個（図２中では６個）のスイッチング素子４３ａ等から成る三相ブリッジ回路４３ｂの交流入力側が入力電源４２の出力側に接続された構成の順変換部４３と、その順変換部４３の直流出力側に並列接続されたコンデンサ５と、複数個（図２中では６個）のスイッチング素子４４ａ等から成る三相ブリッジ回路４４ｂの直流側がコンデンサ５の出力側に接続され当該三相ブリッジ回路４４ｂの交流出力側がモータ２に接続された逆変換部４４と、が具備されている。また、入力電源４２と順変換部４３との間、および逆変換部４４とモータ２との間には、それぞれフィルタリアクトル４５，フィルタコンデンサ４６が接続されている。

コンデンサ５は、図２に示したようにインバータ回路４１を構成する各種電気部品のうちの一つとして機能し所望の電気容量を有するものであって、図１に示したように冷媒循環路３の外周側方向に位置するモータ外装壁１の外周面１ａの一部（被覆面）を被覆するように突設された箱状のものであれば、種々の形態のものを適用することが可能であり、例えば互いに対向配置された２つの導体間に間隙または誘電体（例えばマイカ等）が介在し所望の電気容量を有したものが挙げられる。図１に示すコンデンサ５の場合、箱状に成形されたものであって、モータ外装壁１側の形状が、モータ外装壁１の外周面１ａのうちコンデンサ５により被覆される被覆面に沿って延在した形状、すなわちモータ外装壁１の外周面１ａの周方向に沿って延在した形状（例えば図１（Ａ）に示すように横断面円弧状となる形状）となっている。このようなコンデンサ５を形成する手法としては、例えば２つのシート状導体間にシート状マイカを介在させた積層構造フィルムを例えば葛折状やロール状に束ねて箱状のコンデンサ本体５ｂを作成し、そのコンデンサ本体５ｂを箱状のコンデンサ保護壁５ａで包覆する手法が挙げられる。コンデンサ保護壁５ａにおいては、例えば絶縁性や熱伝導性を有する樹脂等の材料を成形して成る薄壁の箱状保護壁を適用することが挙げられるが、特に限定されるものではない。

モータ外装壁１とコンデンサ５との間には、例えば熱伝導性を有するシート状弾性材（図示省略）を介在させても良い。このようにシート状弾性材を介在させることにより、モータ外装壁１とコンデンサ５との間において十分な熱交換効率を確保しながら、密着性や耐振動・衝撃性（例えばモータ２の駆動等に起因する振動や衝撃に対する耐久性）の向上に貢献できる可能性がある。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば本実施形態では、インバータ回路４１のコンデンサ５をモータ外装壁１に突設した構造を具体的に説明したが、モータユニットに係る他の電気部品（例えば、インバータ回路４１のフィルタコンデンサ４６）においても、コンデンサ５と同様に設計（例えば図１に示すコンデンサ５のような箱状に設計）してモータ外装壁１に突設させることにより、当該他の電気部品の温度上昇を十分抑制できるようにしたり、ユニット全体としての設置スペースを抑えながらデッドスペースを小さくすることに貢献できる可能性がある。

１…モータ外装壁
１０…モータユニット
２…モータ
２ａ…回転子
２ｂ…固定子
２ｃ…回転出力軸
３…冷媒循環路
４…モータ駆動装置
４１…インバータ回路
５…コンデンサ

Claims

筒状のモータ外装壁と、回転子および固定子を有しモータ外装壁の内周側に設けられて当該固定子がモータ外装壁の軸心方向に延在したモータと、モータ外装壁の外周面とモータとの間に位置し冷却水が循環する冷媒循環路と、を備え、
前記モータが、インバータ回路を有したモータ駆動装置から出力される交流電力によって駆動するモータユニットであって、
前記インバータ回路は、前記冷媒循環路の外周側方向に位置するモータ外装壁の外周面であって当該モータ外装壁の軸心方向一端側寄りの面の一部を被覆する箱状のコンデンサを有し、
前記コンデンサのモータ外装壁側の形状が、当該コンデンサにより被覆されるモータ外装壁の外周面に沿って延在し当該延在方向の横断面が円弧状の形状であり、
冷媒循環路は、
モータ外装壁の外周面のうちコンデンサの反対側の位置に形成された冷媒導入口と、
モータ外装壁の外周面のうちコンデンサ側の位置であって、当該モータ外装壁の軸心方向他端側寄りで当該コンデンサに被覆されていない位置に形成された冷媒排出口と、
を備えていることを特徴とするモータユニット。
前記冷媒循環路は、筒状であってモータ外装壁と同軸状に設けられたことを特徴とする請求項１記載のモータユニット。
前記冷媒循環路は、モータ外装壁の軸心を軸にしてスパイラル状に延在したことを特徴とする請求項１または２記載のモータユニット。
前記モータ外装壁の外周面とコンデンサのモータ外装壁側との間に熱伝導性を有するシート状弾性材を介在させたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータユニット。