JP6390089B2 - インバータ一体型モータ - Google Patents

Description

本発明は、インバータ一体型モータに関する。

従来より、モータのステータコイルに電力を供給するパワーモジュールをそのモータの近傍に設けたインバータ一体型モータが知られている。

例えば特許文献１には、ステータコイルに交流電力を給電するインバータを交流モータと一体化した構造が開示されている。この特許文献１において、インバータは、モータの端面側に冷却ブロックを介して配置されており、インバータとモータとの間には両者を電気的に接続する導線が配索されている。インバータからモータへの配索は、インバータをなす半導体モジュールの中央部に配置された出力導体を、冷却ブロック中空部に配置された電流センサを介してモータ引き出し線にて引き出し、ステータに巻回されたコイル（ステータコイル）に接続することによりなされている。

特開２００７−１１６８４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、電流センサと、このセンサによる電流値に基づいてモータ制御を行うモータ制御部とが位置的に離れてしまうことが考えられ、当該電流センサからモータ制御部へと至る信号線が長くなるという問題がある。そのため、この信号線を配策するためのスペースが必要となり、小型化の妨げになるという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を実現することができるインバータ一体型モータを提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明に係るインバータ一体型モータは、モータを収容するモータケースと、軸心方向において前記モータケースと隣接して配置され、インバータを収容するインバータケースと、モータ制御部と、を有している。ここで、モータ制御部は、インバータとモータとの間に配置されるとともに、電流センサを当該モータ制御部の面上に搭載している。更に、モータの回転角を検出する回転角センサを有し、回転角センサは、ロータの端部に固着され、当該ロータの回転と同期して回転するレゾルバロータと、レゾルバロータを覆うようにその周囲に位置付けられ、モータ側に突出する突出部位が形成されたレゾルバステータと、からなる。モータ制御部、電流センサ及びレゾルバステータは樹脂材により一体成形されて、当該樹脂材である樹脂成形部により一体化される。レゾルバステータは、モータ制御部に配設され、且つ、突出部位がモータブラケットに形成された凹状の円形溝部に嵌合して固定される。モータブラケットには、モータコイル線が配索される貫通孔が形成されており、樹脂成形部には、モータブラケットの貫通孔を封止する凸形状の挿通部が形成され、樹脂成形部は、モータコイル線の配索経路となるスリット部が形成される。

本発明によれば、電流センサからモータ制御部への配線を短くすることができるので、インバータ一体型モータの小型化を実現することができる。

第１の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図１に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第２の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図３に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 電流経路の構成を模式的に示す説明図 第３の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図６に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第４の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図８に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第５の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図１０に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第６の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図１２に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図２は、図１に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面を模式的に示す説明図である。インバータ一体型モータ１は、インバータ２１をモータ１３の近傍に設けたインバータ一体型構造のモータ（電動機）である。インバータ一体型モータ１は、モータケース１０と、インバータケース２０とを備え、これらのケース１０，２０が軸心方向（後述するロータ１２の軸心方向）に隣接して配置されている。

モータケース１０は、ステータ１１及びロータ１２からなるモータ１３をその内部に収容する筐体である。モータケース１０は、一方が開口されて他方に端壁１０ａが連設された円筒状の周側壁１０ｂを備える筒状体で構成されている。周側壁１０ｂの周囲には、モータケース１０内の空気が有する熱を放熱するための放熱フィン１０ｃが形成されている。

モータケース１０の開口側には、ロータ１２を回転自在に支持するモータブラケット１５が設けられており、モータブラケット１５はモータケース１０の端壁１０ａと対向して配置されている。また、モータブラケット１５は、モータケース１０とインバータケース２０との間に位置し、モータケース１０によって画定される空間とインバータケース２０によって画定される空間とを隔てる隔壁としても機能している。

モータケース１０において、周側壁１０ｂの内周面には、周方向に連続する環状のステータ１１が固設されている。

ステータ１１には、導線であるモータコイル線１４が巻回されることでステータコイル１４ａが形成されており、ステータコイル１４ａは周方向に沿って等ピッチで複数設けられている。個々のステータコイル１４ａと通じるモータコイル線１４は、モータブラケット１５に設けられた貫通孔１５ａを介してインバータケース２０内に挿通され、その末端部（始端部及び終端部）が、インバータ２１に接続されている。貫通孔１５ａは、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられている。また、個々の貫通孔１５ａには、絶縁体を内接するといったように周知の手法により絶縁処理が施されている。

ステータ１１の内側には、所定のエアギャップを介してロータ１２が設けられている。
ロータ１２は、端壁１０ａに嵌設されたベアリング１６、及びモータブラケット１５に嵌設されたベアリング１６を介して回転可能に支持されている。

ロータ１２の端部と対応する位置には、ロータ１２の回転状態（回転角）を検出するための回転角センサであるレゾルバ１７がそれぞれ設けられている。

インバータケース２０は、その内部にインバータ２１を収容する筐体である。インバータケース２０は、一方が開口されて他方に端壁２０ａが連設された円筒状の周側壁２０ｂを備える筒状体で構成されている。このインバータケース２０は、その開口側をモータケース１０の開口側と突き合わすようして、当該モータケース１０と接続されており、インバータケース２０の端壁２０ａは、モータケース１０の開口側に設けられたモータブラケット１５と対向する。端壁２０ａ及び周側壁２０ｂの周囲には、インバータケース２０内の空気が有する熱を放熱するための放熱フィン２０ｃが形成されている。

インバータ２１は、ステータ１１に設けられた個々のステータコイル１４ａに対して電力を供給する電力変換器である。インバータケース２０は、インバータ２１の構成部品である、パワーモジュール２２、バスバー２３、コンデンサ２４、駆動回路２５、モータ制御部４０を収容している。

パワーモジュール２２は半導体素子からなるスイッチング素子で構成されており、スイッチング動作して直流電流を交流電流に変換し、この交流電流をステータコイル１４ａに供給する。パワーモジュール２２は、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられており、周方向にかけて等間隔で配設されている。個々のパワーモジュール２２は、インバータケース２０をなす端壁２０ａに配設されており、当該インバータケース２０の端壁２０ａと熱的に接続されている。

個々のパワーモジュール２２には、出力端子としての交流端子２６が設けられており、交流端子２６にはステータコイル１４ａに通じるモータコイル線１４の末端部が接続されている。交流端子２６とモータコイル線１４の末端部との結線方法としては、ねじ締結、はんだ付け、ろう付けといった手法が挙げられるが、これ以外にも、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接といった各種の溶接手法でもよい。

コンデンサ２４は、パワーモジュール２２と対応して複数設けられており、パワーモジュール２２のスイッチング動作に伴うサージ電圧やリプル電流などの不要な電流変化を低減する。

バスバー２３は、パワーモジュール２２の直流端子２２ａが接続される。このバスバー２３は、パワーモジュール２２同士を電気的に接続するとともに、パワーモジュール２２とコンデンサ２４とを電気的に接続する。

駆動回路２５は、インバータ２１を駆動する回路である。具体的には、駆動回路２５は、パワーモジュール２２である各スイッチング素子に対して駆動信号を送信し、各スイッチング素子のオン及びオフを行う。

モータ制御部４０は、駆動回路２５から出力される駆動信号を制御して各スイッチング素子の動作を制御するものであり、制御基板に制御回路を搭載して構成されている。モータ制御部４０は、上位のコントローラ（図示せず）から送信されるモータ１３のトルク指令値を示す信号、レゾルバ１７からの信号、後述する電流センサ１８から送信されるフィードバック信号からの信号を読み込み、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、当該信号を駆動回路２５に送信する。当該パルス幅変調信号に基づき、駆動回路がスイッチング素
子を所定のタイミングでオン及びオフさせる。

本実施形態の特徴の一つとして、モータ制御部４０は、モータ１３とインバータ２１との間に配設されている。具体的には、モータ制御部４０は、モータブラケット１５と隣り合うように並んで配置されており、モータブラケット１５とインバータ２１との間に位置付けられている。このモータ制御部４０は、図示しない取付部材を介してモータブラケット１５に固定されている。この際、モータ制御部４０は、モータブラケット１５に対して一定の隙間を隔てるように配置されており、モータブラケット１５との間に一定の空隙を備えている。

モータ制御部４０には、インバータ２１とモータ１３との間における電流、すなわち、モータコイル線１４における電流を検出する電流センサ１８が搭載されている。電流センサ１８は、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられている。個々の電流センサ１８は、モータブラケット１５と向き合う面上にそれぞれ配置されており、図示しない接続端子等を介してモータコイル線１４と電気的に接続されている。

このように本実施形態によれば、モータ制御部４０をインバータ２１とモータ１３との間に配置し、電流センサ１８をモータ制御部４０に搭載することとしている。このため、電流センサ１８からモータ制御部４０への配線を短くすることができるので、インバータ一体型モータ１の小型化を実現することができる。また、モータ制御部４０がモータ１３の近くに配置されることとなるため、レゾルバ１７からモータ制御部４０への配線を短くすることができるので、インバータ一体型モータ１の小型化を実現することができる。

また、本実施形態によれば、モータ制御部４０をモータブラケット１５に固定している。このため、モータ制御部４０の耐振性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、モータ制御部４０とモータブラケット１５との間に空隙を設けている。この空隙の存在により、モータブラケット１５からモータ制御部４０への熱伝達を低減することができる。これにより、モータ制御部４０を熱から保護することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図４は、図３に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第２の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、モータ制御部４０の形態である。以下、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

この第２の実施形態において、図５に示すように、モータブラケット１５と向き合うモータ制御部４０の面上には、電流経路４１が形成されている。この電流経路４１は、ステータコイル１４ａのモータコイル線１４と交流端子２６との間の電気的な接続を行うものである。この電流経路４１は、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられている。個々の電流経路４１において、その一方の端部には貫通孔１５ａに挿通されたモータコイル線１４の端末部が接続されるとともに、その他方の端部にはパワーモジュール２２から延出された交流端子２６の端部が接続される。

また、電流センサ１８は、第１の実施形態と同様に、モータブラケット１５と向き合うモータ制御部４０の面上に配置されている。当該電流センサ１８は、電流経路４１と対応付けて配置されており、当該電流経路４１との間で電気的な接続を行うことができる。

このように本実施形態によれば、モータ制御部４０の面上に電流経路４１が形成されてり、この電流経路４１が電流センサ１８による電流検知を行うための電流検知部として機能する。これにより、電流センサ１８の電流検出精度の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図７は、図６に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第３の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第２の実施形態のそれと相違する点は、レゾルバ１７を構成する構成部品の一部をモータ制御部４０に搭載したことである。以下、第２の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

具体的には、レゾルバ１７は、レゾルバロータ１７ａと、レゾルバステータ１７ｂとを主体に構成されている。

レゾルバロータ１７ａは、ロータ１２の端部に固着され、ロータ１２の回転と同期して回転する。レゾルバステータ１７ｂは、モータ制御部４０の中央部に設けられた円形開口部に嵌合固定されており、レゾルバロータ１７ａを覆うようにその周囲に位置付けられている。このレゾルバステータ１７ｂは、モータ１３側に向けて突出する部位を備えており、当該突出部位がモータブラケット１５に形成された凹状の円形溝部に嵌合され固定されている。すなわち、レゾルバステータ１７ｂは、モータ制御部４０及びモータブラケット１５の双方によって固定されている。

このように本実施形態によれば、レゾルバステータ１７ｂをモータ制御部４０上に搭載することとしている。これにより、レゾルバステータ１７ｂの固定をモータ制御部４０により行うことができるので、それ専用の固定部品を削減することができる。これにより、小型化を達成することができる。

また、モータブラケット１５側に嵌め合わせる構成としたことで、レゾルバステータ１７ｂの位置決めをモータブラケット１５にて行うことができる。これにより、レゾルバステータ１７ｂの組付け精度の向上を図ることができる。

（第４の実施形態）
図８は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図９は、図８に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第４の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第３の実施形態のそれと相違する点は、モータ制御部４０の構成態様である。以下、第３の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、モータ制御部４０、モータブラケット１５側の位置付けられるレゾルバステータ１７ｂ及び電流センサ１８は樹脂材により一体成形されている。これにより、モータ制御部４０、レゾルバステータ１７ｂ及び電流センサ１８は、当該樹脂材である樹脂成形部５０により一体化された構造となっている。

また、この樹脂成形部５０には、モータブラケット１５に形成される貫通孔１５ａを封止するように、凸形状の挿通部５０ａが一体成形されている。この挿通部５０ａが各貫通孔１５ａに対応して形成されることで、貫通孔１５ａ内を配索されるモータコイル線１４の絶縁処理を実現することができる。

このように本実施形態によれば、モータ制御部４０、電流センサ１８、レゾルバステー
タ１７ｂを樹脂材で一体成形しているので、これらを固定する固定部品を削減することができる。これにより、小型化を達成することができる。

さらに、本実施形態によれば、モータコイル線１４が貫通する貫通孔１５ａを樹脂材料で封止することができるので、別途の絶縁処理工程を省略することができる。

（第５の実施形態）
図１０は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図１１は、図１０に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第５の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第４の実施形態のそれと相違する点は、モータコイル線１４と交流端子２６との接続構造である。以下、第４の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態では、インバータ一体型モータ１は、バスリング１９をさらに備えている。このバスリング１９は、個々のステータコイル１４ａについて、そのモータコイル線１４と交流端子２６との間の電流経路をなす部材である。すなわち、バスリング１９の一方の端部をモータコイル線１４と接続し、バスリング１９の他方の端部について交流端子２６と接続することで、ステータコイル１４ａから交流端子２６までの電流経路を形成することができる。

このバスリング１９は、モータ制御部４０、レゾルバステータ１７ｂ及び電流センサ１とともに、例えばインサート成形といった手法により、樹脂材により一体成形されている。これにより、バスリング１９、モータ制御部４０、レゾルバステータ１７ｂ及び電流センサ１は、樹脂材である樹脂成形部５０により一体化された構造となっている。

このように本実施形態によれば、バスリング１９を樹脂材で一体成形することで沿面距離を確保することができるので、その小型化を実現することができる。

（第６の実施形態）
図１２は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図１３は、図１２に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第６の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第４の実施形態のそれと相違する点は、モータコイル線１４の配索手法である。以下、第４の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、樹脂成形部５０には、スリット部５２が形成されており、このスリット部５２が、ステータコイル１４ａからパワーモジュール２２の交流端子２６へと至るモータコイル線１４の配索経路となる。スリット部３２は、例えば樹脂成形部５０の一部を溝状に切欠して構成されている。このスリット部５２は、モータコイル線１４の数及び位置に対応して複数設けられている。

このように本実施形態によれば、樹脂成形部５０の表面に形成されたスリット部５２の存在によりモータコイル線１４の配索を実現しつつ、モータコイル線１４の固定性を向上することができる。

以上、本発明の実施形態にかかるインバータ一体型モータについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば実施形態で示す内容はそれぞれ単独で用いることも可能であるし、他の実施形態に示すものを複合的に組み合わせることもできる。

１ インバータ一体型モータ
１０ モータケース
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ モータ
１４ モータコイル線
１４ａ ステータコイル
１５ モータブラケット
１５ａ 貫通孔
１７ レゾルバ
１７ａ レゾルバロータ
１７ｂ レゾルバステータ
１８ 電流センサ
１９ バスリング
２０ インバータケース
２１ インバータ
２２ パワーモジュール
２２ａ 直流端子
２３ バスバー
２４ コンデンサ
２５ 駆動回路
２６ 交流端子
４０ モータ制御部
４１ 電流経路
５０ 樹脂成形部
５０ａ 挿通部
５２ スリット部

Claims (1)

1. ステータ及びロータから構成されるモータを収容するモータケースと、
   軸心方向において前記モータケースと隣接して配置され、ステータコイルに電力を出力する複数のパワーモジュールから構成されるインバータを収容するインバータケースと、
   前記インバータと前記モータとの間に配置され、前記複数のパワーモジュールの動作を制御するモータ制御部と、
   前記モータの回転角を検出する回転角センサと、
   前記モータケースと前記インバータケースとの間に配設されて、前記ロータを回転自在に支持するモータブラケットと、を有し、
   前記モータ制御部の面上には、前記インバータと前記モータとの間における電流を検出する電流センサが搭載され、更に、
   前記回転角センサは、
   前記ロータの端部に固着され、当該ロータの回転と同期して回転するレゾルバロータと、
   前記レゾルバロータを覆うようにその周囲に位置付けられ、前記モータ側に突出する突出部位が形成されたレゾルバステータと、からなり、
   前記モータ制御部、前記電流センサ及び前記レゾルバステータは樹脂材により一体成形されて、当該樹脂材である樹脂成形部により一体化され、
   前記レゾルバステータは、前記モータ制御部に配設され、且つ、前記突出部位が前記モータブラケットに形成された凹状の円形溝部に嵌合して固定され、
   前記モータブラケットには、モータコイル線が配索される貫通孔が形成されており、
   前記樹脂成形部には、前記モータブラケットの貫通孔を封止する凸形状の挿通部が形成され、前記樹脂成形部は、前記モータコイル線の配索経路となるスリット部が形成されること
   を特徴とするインバータ一体型モータ。

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