JP6969285B2 - モータユニット - Google Patents

Description

本発明は、モータユニットに関する。

従来のモータユニットとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載のモータユニットは、電動モータ部と、電子制御装置（ＥＣＵ）部とを備えている。電動モータ部は、モータハウジングと、このモータハウジングの内部に収納された電動モータとから構成されている。電子制御装置部は、モータハウジングの軸方向の出力軸とは反対側に配置され、固定ボルトによってモータハウジングと一体的に固定されたＥＣＵハウジングと、このＥＣＵハウジングの内部に収納された電子制御組立体とから構成されている。ＥＣＵハウジングの端面には、蓋体が固定ボルトによって固定されている。蓋体には、電力供給用のコネクタ端子形成部、検出センサ用のコネクタ端子形成部及び制御状態送出用のコネクタ端子形成部が設けられている。

特開２０１６−１４６７０２号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、何れのコネクタ端子形成部も、電動モータ部の軸方向における電動モータ部とは反対側に開口している。また、電力供給用のコネクタ端子形成部は、検出センサ用のコネクタ端子形成部及び制御状態送出用のコネクタ端子形成部よりも電動モータ部の軸方向に長くなっている。このため、モータユニットが車両に搭載された際に、電子制御装置部の正面側（電子制御装置部に対して電動モータ部の反対側）にフレーム等が存在することで、電力供給用のコネクタ端子形成部に対する作業スペースがなくなると、電力供給用のコネクタ端子形成部に電力供給コネクタを着脱することができない。この場合には、電力供給用のコネクタ端子形成部に電力供給コネクタを予め装着してから、モータユニットを車両に搭載する必要があるため、作業性の悪化につながる。

本発明の目的は、作業性を向上させることができるモータユニットを提供することである。

本発明の一態様は、モータと、モータと一体化され、モータを制御するインバータとを備えたモータユニットにおいて、インバータは、インバータケースと、インバータケース内に配置され、半導体素子が実装される第１基板と、インバータケース内に第１基板と平行に配置され、電子制御部品が実装される第２基板と、インバータケース内における第１基板と第２基板との間に配置され、モータの軸方向に垂直な方向にインバータケースの側壁まで延在するバスバーと、を有し、バスバーの側壁側の端部には、バスバーの延在方向に電源ケーブルが着脱される電源入力端子が設けられていることを特徴とする。

このようなモータユニットにおいては、バスバーは、インバータケース内における第１基板と第２基板との間に配置され、モータの軸方向に垂直な方向にインバータケースの側壁まで延在している。そして、バスバーの側壁側の端部には、バスバーの延在方向に電源ケーブルが着脱される電源入力端子が設けられている。このため、電源ケーブルは、モータの軸方向に垂直な方向に沿って電源入力端子に着脱されることになる。従って、モータユニットの搭載後に、インバータの正面側（インバータに対してモータの反対側）に作業スペースがないような場合でも、電源ケーブルを電源入力端子に着脱することが可能となる。これにより、電源ケーブルを電源入力端子に予め装着してからモータユニットを搭載しなくて済むため、作業性が向上する。また、バスバーを第１基板と第２基板との間にモータの軸方向に垂直な方向に延在するように配置したので、第１基板と第２基板との間の空間を有効に利用することができる。

インバータは、外部コネクタが着脱される信号線コネクタを有し、信号線コネクタは、モータの軸方向におけるモータ側に開口していてもよい。このような構成では、外部コネクタは、モータの軸方向に沿ってモータ側からインバータ側に向けて信号線コネクタに装着されることになる。従って、モータユニットの搭載後に、インバータの正面側に作業スペースがないような場合でも、外部コネクタを信号線コネクタに着脱することが可能となる。これにより、外部コネクタを信号線コネクタに予め装着してからモータユニットを搭載しなくて済むため、作業性が更に向上する。

第２基板の第１基板側の主面には、電流センサ及びトランスの少なくとも一方が実装されていてもよい。電流センサ及びトランスは、高さの大きい部品である。そのような高さの大きい部品が第１基板と第２基板との間の空間にスペース効率良く配置されることになるため、インバータをモータの軸方向に小型化することができる。

第１基板は、第２基板よりもモータ側に配置されており、インバータは、インバータケース内における第１基板と第２基板との間に第１基板と平行に配置され、コンデンサが実装される第３基板と、第１基板よりもモータ側に配置され、第１基板からの熱を放熱するヒートシンクと、を有し、バスバーは、第２基板と第３基板との間に配置されていてもよい。このような構成では、第２基板と第３基板との間の空間を有効に利用することができる。また、半導体素子から発生した熱がヒートシンクにより放熱されるため、第１基板が熱くなることが防止される。

コンデンサは、モータの軸方向に垂直な方向にヒートシンクと対向するように、第３基板の第１基板側の主面に実装されていてもよい。コンデンサは、高さの大きい部品である。そのようなコンデンサがモータの軸方向に垂直な方向にヒートシンクと対向するようにスペース効率良く配置されることになるため、インバータをモータの軸方向に小型化することができる。

本発明によれば、作業性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るモータユニットの外観を示す斜視図である。 図１に示されたインバータの斜視図である。 図２に示されたインバータの背面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図３のV−V線断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータユニットの外観を示す斜視図である。図１において、本実施形態のモータユニット１は、例えばバッテリ式フォークリフト等の産業車両に搭載されている。モータユニット１は、モータ２と、このモータ２とダクト３を介して一体化され、モータ２を制御するインバータ４とを備えている。

モータ２は、三相交流モータである。モータ２は、ロータ及びステータを有するモータ本体５と、このモータ本体５を収容するモータケース６と、ステータに巻かれているコイルから引き出されたモータ端子３５Ａ〜３５Ｃ（図３参照）とを有している。モータ本体５には、インバータ４を冷却するファン（図示せず）が一体に取り付けられている。モータ本体５が回転すると、ファンが回転する。

ダクト３は、モータケース６のインバータ４側の部分をファンと共に覆う。ダクト３は、ファンの回転により発生する風の流れを整流する。

インバータ４は、複数のボルト（図示せず）によりダクト３を介してモータ２に固定されている。インバータ４は、バッテリ（図示せず）からの直流電流を交流電流に変換して、モータ２のモータ本体５の回転動作を制御する。

図２は、インバータ４の斜視図である。図３は、図２に示されたインバータ４の背面図である。図４は、図３のIV−IV線断面図である。図５は、図３のV−V線断面図である。図１〜図５において、インバータ４は、インバータケース７と、このインバータケース７内を覆うインバータカバー８とを備えている。インバータカバー８は、インバータケース７に対してモータ２の反対側に配置されている。インバータケース７及びインバータカバー８は、平面視略矩形状を有している。

インバータケース７内には、基板収容部１０と、コンデンサ収容部１１と、モータ端子収容部１２とが設けられている。

基板収容部１０には、半導体基板であるＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）基板１３と、制御基板１４と、コンデンサ基板１５とが収容されている。ＭＯＳ基板１３は、複数の半導体素子であるＭＯＳ素子１６が実装される第１基板を構成している。ＭＯＳ素子１６には、スイッチング素子等が含まれる。制御基板１４は、複数の電子制御部品１７が実装される第２基板を構成している。制御基板１４には、電流センサ１８及びトランス１９等も実装されている。コンデンサ基板１５は、複数のコンデンサ２０が実装される第３基板を構成している。

ＭＯＳ基板１３は、制御基板１４よりもモータ２側に配置されている。ＭＯＳ基板１３は、主面である上面１３ａ及び下面１３ｂがモータ２の軸方向（図１及び図２のＡ方向）に垂直な面となるように配置されている。ＭＯＳ基板１３は、複数のボルト２１によりインバータケース７またはヒートシンク２４（後述）に固定されている。ＭＯＳ素子１６は、ＭＯＳ基板１３の上面１３ａ（インバータカバー８側の主面）に実装されている。

制御基板１４は、ＭＯＳ基板１３よりもインバータカバー８側（モータ２の反対側）にＭＯＳ基板１３と平行に配置されている。なお、ここでいう平行とは、完全な平行には限られず、略平行になっていればよい。制御基板１４は、複数のボルト２２によりインバータケース７に固定されている。電子制御部品１７は、制御基板１４の上面１４ａ（インバータカバー８側の主面）に実装されている。電流センサ１８及びトランス１９といった高さの大きい部品は、制御基板１４の下面１４ｂ（ＭＯＳ基板１３側の主面）に実装されている。

コンデンサ基板１５は、ＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間にＭＯＳ基板１３と平行に配置されている。なお、ここでいう平行も、完全な平行には限られず、略平行になっていればよい。コンデンサ基板１５は、ＭＯＳ基板１３に近接して配置されている。コンデンサ基板１５は、ＭＯＳ基板１３に対してインバータケース７の一方側にずれて配置されている。コンデンサ基板１５は、複数のボルト２３によりインバータケース７に固定されている。コンデンサ２０は、コンデンサ基板１５の下面１５ｂ（ＭＯＳ基板１３側の主面）に実装されている。

ＭＯＳ基板１３よりもモータ２側には、ＭＯＳ基板１３からの熱を放熱するヒートシンク２４が配置されている。ヒートシンク２４は、ＭＯＳ基板１３の下面１３ｂ（モータ２側の主面）に接触するようにインバータケース７に取り付けられている。ヒートシンク２４は、複数の放熱フィン２４ａを有している。ＭＯＳ素子１６から発生した熱は、ＭＯＳ基板１３を通ってヒートシンク２４により放熱される。

制御基板１４とコンデンサ基板１５との間には、モータ２の軸方向に垂直な方向にインバータケース７の一方側（ＭＯＳ基板１３に対するコンデンサ基板１５のずれ側）の側壁７ａまで延在する電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂが配置されている。つまり、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂは、ＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間に配置されている。電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂは、複数のボルト２６によりそれぞれ中継端子２７Ａ，２７Ｂ及びＭＯＳ基板１３を介してヒートシンク２４に固定されている。

電力入力用バスバー２５Ａは、正極側のバスバーである。電力入力用バスバー２５Ｂは、負極側のバスバーである。電力入力用バスバー２５Ａは、ＭＯＳ基板１３、制御基板１４及びコンデンサ基板１５の正極パターンと電気的に接続されている。電力入力用バスバー２５Ｂは、ＭＯＳ基板１３、制御基板１４及びコンデンサ基板１５の負極パターンと電気的に接続されている。

以上により、基板収容部１０には、モータ２側からインバータカバー８側に向かってヒートシンク２４、ＭＯＳ基板１３、コンデンサ基板１５、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂ及び制御基板１４が順に配置されていることとなる。

電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂの先端部（側壁７ａ側の端部）には、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂの延在方向に電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂが着脱される電源入力端子３０Ａ，３０Ｂがそれぞれ設けられている。電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂは、インバータ４に電力を供給するためのケーブルである。

電源入力端子３０Ａ，３０Ｂは、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂとそれぞれ一体的に設けられている。電源入力端子３０Ａ，３０Ｂは、インバータケース７の側壁７ａの外側面から突き出ている。電源入力端子３０Ａ，３０Ｂは、ボルト４５がねじ込まれるボルト穴３１Ａ，３１Ｂをそれぞれ有している。電源入力端子３０Ａ，３０Ｂには、電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂの先端部がボルト４５によりそれぞれ接続される。電源入力端子３０Ａ，３０Ｂと側壁７ａとの間には、シール材３２が介在されている。

コンデンサ収容部１１には、コンデンサ基板１５の下面１５ｂに実装された複数のコンデンサ２０が収容される。コンデンサ収容部１１は、インバータケース７の側壁７ａ側（電源入力端子３０Ａ，３０Ｂ側）の領域における基板収容部１０よりもモータ２側にヒートシンク２４に隣接して配置されている。従って、コンデンサ２０は、モータ２の軸方向に垂直な方向にインバータケース７を挟んでヒートシンク２４と対向するように、コンデンサ基板１５の下面１５ｂに実装されている。

コンデンサ２０の先端面とインバータケース７との間には、コンデンサ２０からの熱を放散する放熱部材３３が配置されている。コンデンサ２０から発生した熱は、放熱部材３３及びインバータケース７を通ってヒートシンク２４により放熱される。

モータ端子収容部１２には、モータ端子３５Ａ〜３５Ｃの先端部分が収容される。モータ端子収容部１２は、基板収容部１０に対して電源入力端子３０Ａ，３０Ｂの反対側に配置されている。モータ端子３５Ａ〜３５Ｃは、モータ出力用バスバー３６Ａ〜３６Ｃとそれぞれ連結されている。モータ出力用バスバー３６Ａ〜３６Ｃは、モータ端子収容部１２から基板収容部１０まで延びている。モータ出力用バスバー３６Ａ〜３６Ｃは、基板収容部１０において複数のボルト３７によりそれぞれ中継端子３８Ａ〜３８Ｃ及びＭＯＳ基板１３を介してヒートシンク２４に固定されている。

インバータケース７の他の一方側の外側面には、支持部３９が突設されている。具体的には、支持部３９は、インバータケース７における電源入力端子３０Ａ，３０Ｂとモータ端子３５Ａ〜３５Ｃとの対向方向に垂直な方向の一方側の外側面に突設されている。

支持部３９には、外部コネクタ４０が着脱される信号線コネクタ４１が設けられている。外部コネクタ４０は、外部機器（図示せず）との通信を行うためのコネクタプラグである。信号線コネクタ４１は、制御基板１４の信号パターンと電気的に接続されている。信号線コネクタ４１は、モータ２の軸方向におけるモータ２側に開口している。

以上のように本実施形態にあっては、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂは、インバータケース７内におけるＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間に配置され、モータ２の軸方向に垂直な方向にインバータケース７の側壁７ａまで延在している。そして、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂの側壁７ａ側の端部には、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂの延在方向に電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂが着脱される電源入力端子３０Ａ，３０Ｂが設けられている。このため、電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂは、モータ２の軸方向に垂直な方向に沿って電源入力端子３０Ａ，３０Ｂに着脱されることになる。従って、モータユニット１を産業車両に搭載した後に、インバータ４の正面側（インバータ４に対してモータ２の反対側）にフレーム等が配置されているために作業スペースがないような場合でも、電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂを電源入力端子３０Ａ，３０Ｂに着脱することが可能となる。これにより、電源ケーブル２９Ａ，２９Ｂを電源入力端子３０Ａ，３０Ｂに予め装着してからモータユニット１を産業車両に搭載しなくて済むため、作業性が向上する。

また、電力入力用バスバー２５Ａ，２５ＢをＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間にモータ２の軸方向に垂直な方向に延在するように配置したので、ＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間の空間を有効に利用することができる。

また、本実施形態では、信号線コネクタ４１は、モータ２の軸方向におけるモータ２側に開口している。このため、外部コネクタ４０は、モータ２の軸方向に沿ってモータ２側からインバータ４側に向けて信号線コネクタ４１に装着されることになる。従って、モータユニット１の搭載後に、インバータ４の正面側に作業スペースがないような場合でも、外部コネクタ４０を信号線コネクタ４１に着脱することが可能となる。これにより、外部コネクタ４０を信号線コネクタ４１に予め装着してからモータユニット１を産業車両に搭載しなくて済むため、作業性が更に向上する。

また、本実施形態では、制御基板１４のＭＯＳ基板１３側の主面には、電流センサ１８及びトランス１９が実装されている。従って、高さの大きい電流センサ１８及びトランス１９がＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間の空間にスペース効率良く配置されることになるため、インバータ４をモータ２の軸方向に小型化することができる。

また、本実施形態では、ＭＯＳ基板１３は、制御基板１４よりもモータ２側に配置されており、ＭＯＳ基板１３よりもモータ２側には、ＭＯＳ基板１３からの熱を放熱するヒートシンク２４が配置されており、インバータケース７内におけるＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間には、コンデンサ基板１５が配置されており、電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂは、制御基板１４とコンデンサ基板１５との間に配置されている。このため、制御基板１４とコンデンサ基板１５との間の空間を有効に利用することができる。また、ＭＯＳ素子１６から発生した熱がヒートシンク２４により放熱されるため、ＭＯＳ基板１３が熱くなることが防止される。

また、本実施形態では、コンデンサ２０は、モータ２の軸方向に垂直な方向にヒートシンク２４と対向するように、コンデンサ基板１５のＭＯＳ基板１３側の主面に実装されている。従って、高さの大きいコンデンサ２０がモータ２の軸方向に垂直な方向にヒートシンク２４と対向するようにスペース効率良く配置されることになるため、インバータ４をモータ２の軸方向に更に小型化することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、制御基板１４の下面１４ｂに、高さの大きい電流センサ１８及びトランス１９が実装されているが、特にその形態には限られず、電流センサ１８及びトランス１９の何れか一方のみが制御基板１４の下面１４ｂに実装されていてもよい。また、電流センサ１８及びトランス１９以外の高さの大きい部品が制御基板１４の下面１４ｂに実装されていてもよい。

また、上記実施形態では、インバータケース７内におけるＭＯＳ基板１３と制御基板１４との間にコンデンサ基板１５が配置され、制御基板１４とコンデンサ基板１５との間に電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂが配置されているが、特にその形態には限られない。例えば、ＭＯＳ基板１３及びコンデンサ基板１５がモータ２の軸方向の同じ位置に並んで配置されており、制御基板１４とＭＯＳ基板１３及びコンデンサ基板１５との間に電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂが配置されていてもよい。また、１つの共通基板にＭＯＳ素子１６及びコンデンサ２０が実装されており、制御基板１４と共通基板との間に電力入力用バスバー２５Ａ，２５Ｂが配置されていてもよい。

１…モータユニット、２…モータ、４…インバータ、７…インバータケース、７ａ…側壁、１３…ＭＯＳ基板（第１基板）、１４…制御基板（第２基板）、１４ｂ…下面（主面）、１５…コンデンサ基板（第３基板）、１５ｂ…下面（主面）、１６…ＭＯＳ素子（半導体素子）、１７…電子制御部品、１８…電流センサ、１９…トランス、２０…コンデンサ、２４…ヒートシンク、２５Ａ，２５Ｂ…電力入力用バスバー（バスバー）、２９Ａ，２９Ｂ…電源ケーブル、３０Ａ，３０Ｂ…電源入力端子、４０…外部コネクタ、４１…信号線コネクタ。

Claims (4)

1. モータと、前記モータと一体化され、前記モータを制御するインバータとを備えたモータユニットにおいて、
   前記インバータは、
   インバータケースと、
   前記インバータケース内に配置され、半導体素子が実装される第１基板と、
   前記インバータケース内に前記第１基板と平行に配置され、電子制御部品が実装される第２基板と、
   前記インバータケース内における前記第１基板と前記第２基板との間に前記第１基板と平行に配置され、コンデンサが実装される第３基板と、
   前記インバータケース内における前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、前記モータの軸方向に垂直な方向に前記インバータケースの側壁まで延在するバスバーと、
   前記第１基板からの熱を放熱するヒートシンクと、
   を有し、
   前記第１基板は、前記第２基板よりも前記モータ側に配置されており、
   前記ヒートシンクは、前記第１基板よりも前記モータ側に配置されており、
   前記バスバーは、前記第２基板と前記第３基板との間に配置されており、
   前記バスバーの前記側壁側の端部には、前記バスバーの延在方向に電源ケーブルが着脱される電源入力端子が設けられており、
   前記コンデンサは、前記モータの軸方向に垂直な方向に前記ヒートシンクと対向するように、前記第３基板の前記第１基板側の主面に実装されており、前記モータの軸方向に前記ヒートシンクと重なっていないことを特徴とするモータユニット。
2. 前記インバータは、外部コネクタが着脱される信号線コネクタを有し、
   前記信号線コネクタは、前記モータの軸方向における前記モータ側に開口していることを特徴とする請求項１記載のモータユニット。
3. 前記第２基板の前記第１基板側の主面には、電流センサ及びトランスの少なくとも一方が実装されている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。
4. 前記第３基板は、前記第１基板に対して前記モータの軸方向に垂直な方向における前記インバータケースの一方側にずれて配置されており、
   前記バスバーは、前記第１基板に対する前記第３基板のずれ側に前記インバータケースの側壁まで延在し、
   前記コンデンサは、前記バスバーの延在方向に前記ヒートシンクと対向するように、前記第３基板の前記第１基板側の主面に実装されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のモータユニット。

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