JP6492822B2 - 回転電機構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機と電力変換装置とを備える回転電機構造に関する。

下記特許文献１には、回転電機を有するモータ部と電力変換装置を有するインバータ部とが、一つのハウジングを共有することで一体化された技術が開示されている。インバータ部は、インバータ部品として、パワー半導体素子を収容するパワーモジュール、平滑コンデンサ、モータ制御基板などを備えている。

特開２０１１−１８２４８０号公報

インバータ部において、インバータ部品をボルトによりハウジングに固定すると、モータの振動や、車両に適用した場合の走行時の振動などによって、インバータの電子部品が悪影響を受ける。

そこで、本発明は、回転電機構造において、電力変換装置の電子部品が振動により悪影響を受けることを抑制することを目的としている。

本発明は、回転電機収容部を備えるハウジングの電力変換装置収容部に配置され、電力変換装置が取り付けられる取付部材と、電力変換装置収容部の開口部の周縁に固定される蓋部材と、蓋部材を開口部の周縁に固定した状態で、取付部材を蓋部材とハウジングとの間で弾性的に支持する弾性部材と、を備えることを特徴とする。
弾性部材は、取付部材と一体の弾性部分で構成され、弾性部分は、取付部材から切起こして形成される少なくとも一つの切起こし部を備える。一つの切起こし部は、蓋部材側に突出するようにして屈曲する第１屈曲部と、ハウジング側に突出するようにして屈曲する第２屈曲部と、を有する。

本発明によれば、電力変換装置が取り付けられる取付部材の弾性部材を、ハウジングと蓋部材との間で挟持することで、取付部材が弾性的に支持される。これにより、回転電機から発生する振動は弾性部材により吸収され、取付部材に取り付けられる電力変換装置の電子部品が振動により悪影響を受けることを抑制できる。
弾性部材は、取付部材と一体の弾性部分で構成されているため、弾性部材を取付部材とは別部品とする場合に比較して部品点数が削減され、かつ組み付け作業が容易となる。
取付部材の切起こし部は、蓋部材側に突出するようにして屈曲する第１屈曲部と、ハウジング側に突出するようにして屈曲する第２屈曲部と、を有する。このため、一つの切起こし部を設けるという簡素な構成によって、取付部材を蓋部材とハウジングとの間に弾性的に取り付けることができる。

本発明の一実施形態に係わる回転電機構造のインバータ部品を省略した状態の分解斜視図である。 図１の回転電機構造の組み付付け状態の斜視図である。 図１の回転電機構造におけるインバータモジュールの斜視図である。 図１の回転電機構造におけるインバータカバーの斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のインバータカバーを取り外した状態で、インバータ部品を省略している斜視図である。 図６に対応する他の例を示す斜視図である。 インバータモジュールのトレーに設けた弾性片の他の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。 弾性部材としてばねを使用した例を示す、図５に対応する断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる回転電機構造のインバータ部品を省略した状態の分解斜視図で、図２は組み付付け状態の回転電機構造の斜視図である。回転電機構造は、ハウジングとしての大略円筒形状のハウジング本体１を備えている。ハウジング本体１の円筒形状部分の図１中で上部には、蓋部材としてのインバータカバー５が取り付けられる。

ハウジング本体１は、円筒形状のモータハウジング部７と、直方体形状のインバータハウジング部９とを有する。モータハウジング部７内に、回転電機収容部としてのモータ収容室１１が形成される。モータ収容室１１に、回転電機としてのモータ１３が収容される。

インバータハウジング部９とインバータカバー５との間に、電力変換装置収容部としてのインバータ収容室１５が形成される。インバータ収容室１５に、電力変換装置としてのインバータを備えるインバータモジュール１７が収容される。インバータカバー５は、インバータ収容室１５の長方形状の開口部に、当該開口部を閉塞するようにして、図示しないボルトなどの締結具、あるいは溶接によって固定される。

インバータモジュール１７は、図示しないバッテリからの直流電源を交流電源に変換してモータ１３に供給するもので、取付部材としてのトレー１９を用いてモジュール化している。なお、図１では、トレー１９のみを図示していてインバータを構成する電子部品（インバータ部品）は省略してあり、電子部品を搭載した実際のインバータモジュール１７は、図３に示す。

図３に示すインバータモジュール１７は、トレー１９上に、電子部品として、平滑コンデンサ２１、パワーモジュール２３、ドライバ基板２５をねじなどの締結具によって固定している。平滑コンデンサ２１は、図示しないバッテリからの直流電流を平滑化する。パワーモジュール２３は、ＩＧＢＴなどのパワー半導体素子を備え、平滑化した直流電流を交流電流に変換する。ドライバ基板２５は、パワーモジュール２３を制御するための回路基板である。

パワーモジュール２３と平滑コンデンサ２１とは、図示しない配線によって電気的に接続される。パワーモジュール２３とドライバ基板２５とは、図示しないピン端子によって電気的に接続される。ドライバ基板２５の平滑コンデンサ２１と反対側の端部は、スペーサなどを介装してねじによってトレー１９に固定される。パワーモジュール２３とモータ収容室１１内のモータ１３との電気的配線は、トレー１９の図示しない貫通孔やインバータハウジング部９の底部２７に設けた貫通孔２７ａを通してなされる。

インバータハウジング部９は、長方形状の開口部９ａの周縁端面９ｂが、底部２７に対し、モータハウジング部７と反対側の図１中で上方に向けて突出している。周縁端面９ｂに、インバータカバー５の図４に示す開口側の周縁端面５ａが当接して固定される。インバータハウジング部９とインバータカバー５との固定は、図示しないボルト、あるいは周囲を溶接することによって行う。

インバータカバー５をインバータハウジング部９に固定する際には、インバータモジュール１７のトレー１９が、インバータカバー５とインバータハウジング部９との間に挟持されるようにして取り付けられる。

図４に示すように、インバータカバー５の開口側の周縁端面５ａは、角部の四箇所と長手方向ほぼ中央の二箇所、全部で六箇所が、内側のインバータ収容室１５に突出するカバー側トレー抑え部５ｂを備えている。カバー側トレー抑え部５ｂは、周縁端面５ａに対して同一平面上に位置する平面形状となっている。

カバー側トレー抑え部５ｂに対応してインバータハウジング部９の底部２７には、矩形状のハウジング側トレー抑え部９ｃを設けている。すなわち、ハウジング側トレー抑え部９ｃは、角部の四箇所と長手方向ほぼ中央の二箇所、全部で六箇所に設けられている。

ハウジング側トレー抑え部９ｃは、カバー側トレー抑え部５ｂとの対向面が、平面状となっていて底部２７と周縁端面９ｂとの間に位置している。このため、インバータカバー５をインバータハウジング部９に固定した状態では、図５に示すように、カバー側トレー抑え部５ｂとハウジング側トレー抑え部９ｃとの間に、間隔Ｃを有する隙間Ｓが形成される。間隔Ｃは、板状のトレー１９の板厚よりも大きい。

インバータモジュール１７のトレー１９は、インバータ収容室１５に収容された状態では、図６に示すように、開口部９ａの周縁端面９ｂよりも内側に位置する。なお、図６は、図１と同様にインバータ部品を省略している。トレー１９は、図４に示すカバー側トレー抑え部５ｂと図１に示すハウジング側トレー抑え部９ｃとの間で弾性的に支持される。以下、弾性的に支持される構成について説明する。

トレー１９は、ハウジング側トレー抑え部９ｃ及びカバー側トレー抑え部５ｂに対応する位置に、弾性部材としての板ばね形状の弾性片１９ａを一体的に備えている。すなわち、弾性片１９ａは、長方形状のトレー１９の角部の四箇所と長辺部における長手方向ほぼ中央の二箇所、全部で六箇所に設けられている。

トレー１９は、例えば板状部材からなる金属や樹脂で構成し、弾性片１９ａは、当該板状部材に対し、プレス加工、機械加工、鍛造加工、鋳造加工などによって一体的に作製した弾性部分となる。弾性部分は、例えばプレス加工によって切起こして形成される切起こし部を構成する。トレー１９とパワーモジュール２３などの電子部品との間は、電気的な絶縁処理が必要な場合には電気的な絶縁処理が施される。

図５に示すように、弾性片１９ａは、トレー１９の図５中で上側の面から上方に向けて突出するようにして屈曲する第１屈曲部１９ａ１と、図５中で下側の面から下方に向けて突出するようにして屈曲する第２屈曲部１９ａ２とを備える。図５では、トレー１９の平面部１９ｐ側（基部側）の第１屈曲部１９ａ１が、カバー側トレー抑え部５ｂに向けて突出し、先端側の第２屈曲部１９ａ２が、ハウジング側トレー抑え部９ｃに向けて突出している。第１屈曲部１９ａ１が、ハウジング側トレー抑え部９ｃに向けて突出し、先端側の第２屈曲部１９ａ２が、カバー側トレー抑え部５ｂに向けて突出していてもよい。

図５の実線で示す弾性片１９ａは、カバー側トレー抑え部５ｂとハウジング側トレー抑え部９ｃとの間で挟持されて外部から力が加えられ、弾性変形している状態である。これに対して、図５の二点鎖線で示す弾性片１９ａは、外部から力が加えられていない自然状態である。

図１に示すように、インバータハウジング部９は、ハウジング側トレー抑え部９ｃに対応して、周縁端面９ｂから内側に向けて突出する突出片９ｄを備えている。突出片９ｄは、四箇所の角部にそれぞれ二つ、長手方向の中央にはそれぞれ一つ、全部で１０個設けられている。図５のように、突出片９ｄの先端が、トレー１９の周囲端面にほぼ接触して位置決めされる。このとき、突出片９ｄが形成されていない部分の周縁端面９ｂとトレー１９の周囲端面との間に、図６に示されるような僅かな隙間が形成される。

次に、インバータモジュール１７に含まれるトレー１９を、ハウジング本体１に取り付ける作業について説明する。

図６のように、トレー１９をインバータハウジング部９の周縁端面９ｂの内側にセットする。このとき、トレー１９は、六個の弾性片１９ａによって、インバータハウジング部９のハウジング側トレー抑え部９ｃ上に支持される。すなわち、図５のように、弾性片１９ａの第２屈曲部１９ａ２が、ハウジング側トレー抑え部９ｃ上に接触した状態となり、第１屈曲部１９ａ１は、周縁端面９ｂから上方に突出した状態となる。

この状態で、インバータカバー５を、インバータモジュール１７を覆うようにしてインバータハウジング部９に被せる。その際、インバータカバー５のカバー側トレー抑え部５ｂが、弾性片１９ａの第１屈曲部１９ａ１に接触して下方に向けて押し付ける。カバー側トレー抑え部５ｂの押し付け力は、第２屈曲部１９ａ２にも作用して、弾性片１９ａの全体が圧縮されるようにして弾性変形する。

弾性片１９ａが弾性変形した状態で、インバータカバー５の周縁端面５ａがインバータハウジング部９の周縁端面９ｂに当接して密着する。この状態で、図示しないボルトや溶接などによってインバータカバー５をインバータハウジング部９に固定する。

図２、図５に示すように、インバータカバー５をインバータハウジング部９に固定した状態では、トレー１９が、弾性変形した弾性片１９ａによって、インバータカバー５とインバータハウジング部９（ハウジング本体１）との間で弾性的に支持される。すなわち、弾性片１９ａの第１屈曲部１９ａ１が、弾性反力によってインバータカバー５のカバー側トレー抑え部５ｂを押圧し、第２屈曲部１９ａ２が、弾性反力によってインバータハウジング部９のハウジング側トレー抑え部９ｃを押圧する。

このように、本実施形態では、インバータモジュール１７に含まれるトレー１９が、六個の弾性片１９ａによって、インバータカバー５とインバータハウジング部９との間で弾性的に支持される。

このため、モータハウジング部７内のモータ１３の振動や、車載したときの車両走行時の振動は、六個の弾性片１９ａによって吸収され、トレー１９への振動伝達が抑制される。その結果、トレー１９上のパワーモジュール２３などの電子部品は、振動入力が抑制されて振動による悪影響が抑制され、電子部品や電子部品の半田による接続部の信頼性向上に寄与することができる。

トレー１９をインバータハウジング部９に取り付ける作業は、インバータカバー５をインバータハウジング部９に固定する作業に伴ってなされる。つまり、トレー１９をインバータハウジング部９に取り付けるにあたり、単独で専用のボルトを使用していない。専用のボルトを使用しない分部品点数が削減される上、トレー１９を専用に固定するためのボルト締結作業が不要となり、組み立て工数が削減されて作業性が向上する。

インバータを構成する電子部品をトレー１９によりモジュール化してインバータモジュール１７とした利点は、以下のとおりである。
（１）インバータモジュール１７内の電子部品の変更、交換が容易となる。このとき、ハウジングの形状などの変更は不要であり、部品変更、交換のみの小変更で済み。コスト低下に寄与できる。
（２）回転電機構造におけるインバータに対するメンテナンス時に、ユニット単位（インバータモジュール１７）での交換が可能となり、メンテナンス作業が容易となる。
（３）インバータモジュール１７を単体のインバータとして利用することができる。この場合、一種類のインバータモジュール１７を複数の機器に適用することもでき、利便性が向上する。

本実施形態は、弾性片１９ａは、トレー１９と一体の弾性部分で構成されている。このため、弾性部材をトレー１９とは別部品とする場合に比較して部品点数が削減され、かつ組み付け作業が容易となる。

本実施形態は、弾性部分は、トレー１９から切起こして形成される少なくとも一つの弾性片１９ａを備え、弾性片１９ａは、インバータカバー５側に突出するようにして屈曲する第１屈曲部と、ハウジング本体１側に突出するようにして屈曲する第２屈曲部１９ａ２と、を有する。このため、一つの弾性片１９ａを設けるという簡素な構成によって、トレー１９をインバータカバー５とインバータハウジング部９との間に弾性的に取り付けることができる。

図７は、図６に対応する他の例を示している。図７に示すトレー１９Ａの弾性片１９ａは、トレー１９Ａにおける一方の長辺部の長手方向端部に位置する角部の二箇所と、他方の長辺部の長手方向ほぼ中央に位置する一箇所の、全部で三箇所に設けている。すなわち、ここでの弾性片１９ａは、トレー１９の周縁において、少なくとも三角形の頂点に対応する位置の三箇所に設けられている

弾性片１９ａを三箇所とすることに対応して、図４に示すカバー側トレー抑え部５ｂ及び図１に示すハウジング側トレー抑え部９ｃも、それぞれ三箇所でよい。

図７の例は、弾性片１９ａやカバー側トレー抑え部５ｂ及びハウジング側トレー抑え部９ｃを、図１〜図６の例に比較して少ない三箇所にのみ設けるという、より簡素な構成で、トレー１９Ａをインバータカバー５とインバータハウジング部９との間で弾性的に支持することができる。

図８は、トレー１９Ｂに、弾性部材として、一つの弾性片１９ａに代えて二つの弾性片１９ｂ，１９ｃを設けた実施形態を示している。なお、図８に示す弾性片１９ｂ，１９ｃは、図１、図６における左手前側の角部に設けた例を示している。これら各弾性片１９ｂ，１９ｃは、図１の弾性片１９ａと同様に、板状部材に対し、プレス加工、機械加工、鍛造加工、鋳造加工などによって一体的に作製した弾性部分となる。この弾性部分は、例えばプレス加工によって切起こして形成される切起こし部を構成する。

一方の弾性片１９ｂは、先端側がインバータカバー５側に突出するようにして屈曲する上屈曲部１９ｂ１を備え、他方の弾性片１９ｃは、先端側がインバータハウジング部９側に突出するようにして屈曲する下屈曲部１９ｃ１を備えている。二つの弾性片１９ｂ，１９ｃを備える弾性部材を、図１のように六箇所あるいは、図７のように三箇所設ける。

図８の実施形態は、図２、図５に示すように、インバータカバー５をインバータハウジング部９に固定した状態で、弾性片１９ｂの上屈曲部１９ｂ１が、弾性反力によってインバータカバー５のカバー側トレー抑え部５ｂを押圧する。弾性片１９ｃの下屈曲部１９ｃ１は、弾性反力によってインバータハウジング部９のハウジング側トレー抑え部９ｃを押圧する。

したがって、図８の実施形態においても、インバータカバー５をインバータハウジング部９に固定した状態では、トレー１９Ｂが、弾性変形した弾性片１９ｂ，１９ｃによって、インバータカバー５とインバータハウジング部９との間で弾性的に保持される。

よって、図８の実施形態においても、モータハウジング部７内のモータ１３の振動や、車載したときの車両走行時の振動は、弾性片１９ｂ，１９ｃによって吸収され、トレー１９Ｂへの振動伝達が抑制される。その結果、トレー１９Ｂ上のパワーモジュール２３などの電子部品は、振動入力が抑制されて振動による悪影響が抑制され、電子部品や電子部品の半田による接続部の信頼性向上に寄与することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含む。

例えば、弾性片１９ａは、図１、図６のような六箇所や図７のような三箇所に限ることはなく、少なくとも図７のような三箇所にあればよく、図７の三箇所にさらに一箇所あるいは二箇所追加してもよい。弾性片１９ｂ，１９ｃについても同様である。また、弾性片は、屈曲部を三つ以上設けて波形状とするなどして長さをより長くすることで、長辺部の二箇所あるいは短辺部の二箇所に配置するようにしてもよい。

弾性片１９ａや弾性片１９ｂ，１９ｃは、トレーに一体的に形成するものでなくてもよく、別部品として製造してトレーに取り付けてもよい。さらに、弾性片１９ａや弾性片１９ｂ，１９ｃに代えて、図９に示すようなコイルばね２９やゴムなどの弾性体を使用することもできる。コイルばね２９やゴムなどの弾性体は、トレー１９Ｃとカバー側トレー抑え部５ｂとの間及び、トレー１９Ｃとハウジング側トレー抑え部９ｃとの間にそれぞれ配置して、取付け状態で圧縮された状態となる。

また、電力変換装置としてインバータに限らず、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータにも本発明を適用でき、回転電機としてモータに限らず発電機にも本発明を適用できる。

１ ハウジング本体（ハウジング）
５ インバータカバー（蓋部材）
９ａ インバータハウジング部の開口部（電力変換装置収容部の開口部）
９ｂ 開口部の周縁端面（開口部の周縁）
１１ モータ収容室（回転電機収容部）
１５ インバータ収容室（電力変換装置収容部）
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ インバータモジュールのトレー（取付部材）
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 弾性片（切起こし部、弾性部分、弾性部材）
１９ａ１ 弾性片の第１屈曲部
１９ａ２ 弾性片の第２屈曲部
２１ 平滑コンデンサ（電力変換装置）
２３ パワーモジュール（電力変換装置）
２５ ドライバ基板（電力変換装置）
２９ コイルばね（弾性部材）

Claims (3)

1. 回転電機を収容する回転電機収容部及び、電力変換装置を収容する電力変換装置収容部をそれぞれ備えるハウジングと、
   前記ハウジングの電力変換装置収容部に配置され、前記電力変換装置が取り付けられる取付部材と、
   前記電力変換装置収容部の開口部を閉塞して当該開口部の周縁に固定される蓋部材と、
   前記蓋部材を前記開口部の周縁に固定した状態で、前記取付部材を、前記蓋部材と前記ハウジングとの間で弾性的に支持する弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材は、前記取付部材と一体の弾性部分で構成され、
   前記弾性部分は、前記取付部材から切起こして形成される少なくとも一つの切起こし部を備え、
   前記一つの切起こし部は、前記蓋部材側に突出するようにして屈曲する第１屈曲部と、前記ハウジング側に突出するようにして屈曲する第２屈曲部と、を有することを特徴とする回転電機構造。
2. 前記弾性部材は、前記取付部材の周縁において、少なくとも三角形の頂点に対応する位置の三箇所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機構造。
3. 回転電機を収容する回転電機収容部及び、電力変換装置を収容する電力変換装置収容部をそれぞれ備えるハウジングと、
   前記ハウジングの電力変換装置収容部に配置され、前記電力変換装置が取り付けられる取付部材と、
   前記電力変換装置収容部の開口部を閉塞して当該開口部の周縁に固定される蓋部材と、
   前記蓋部材を前記開口部の周縁に固定した状態で、前記取付部材を、前記蓋部材と前記ハウジングとの間で弾性的に支持する弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材は、前記取付部材の周縁において、少なくとも三角形の頂点に対応する位置の三箇所に設けられていることを特徴とする回転電機構造。

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