JP7241096B2 - モータ、及びインバータ一体型回転電機 - Google Patents
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Description
(1)本発明の一態様に係るモータは、軸線回りに回転可能なロータ、及び、該ロータを囲うステータを有するモータ本体と、前記軸線方向に延びて前記モータ本体を囲う円筒状をなし、周方向にC字状に延びて第一端が流入口とされ第二端が流出口とされた冷却水を流通させるための流路を内部に有する筒部、及び、該筒部における前記流路の外周側で前記筒部の接線方向両側に張り出す収容部を有するケーシングと、前記収容部における収容されて、該収容部における前記筒部の径方向外側を向く面に配置されたスイッチング素子を有するインバータと、を備え、前記インバータは、前記流路における上流側で前記流入口の近傍に配置されており、前記流路は、前記流入口から前記流出口に向かって前記周方向の一方向に前記冷却水が流通するように設けられている。
本実施形態によるモータ1は、図1に示すように、インバータ一体型回転電機10に搭載され、例えば燃料電池用のコンプレッサを駆動するモータに適用されるものである。
ここで本実施形態では、モータ1の回転中心軸をモータ軸O又は軸線という。また、モータ軸O方向から見た平面視において、モータ軸Oに直交する方向を径方向といい、モータ軸O回りに周回する方向を周方向という。
筒部41は、周方向の一部に開口が形成され、上述したように軸線方向から見て略C字形状となっている。筒部41の開口端の流入口45A及び流出管45Bには、それぞれ継手6(6A、6B)が接続されている。ここで、流入口45Aには流入継手6Aが接続され、流出口45Bには流出継手6Bが接続されている。流入継手6Aの流入開口6aは流入管7A(図2の二点鎖線)に接続され、流出継手6Bの流出開口6bは流出管7B(図2の二点鎖線)に接続されている。
基板52は、インバータボックス42の内部を上下に分割するように設けられている。
ケーシング4の筒部41の内側には、モータ本体3及びインバータ5を冷却する冷却水路45が形成されている。すなわち、モータ本体3は筒部41から周方向全体にわたって直接冷却され、インバータ5は筒部41からインバータボックス42の底壁421を介して冷却される。インバータボックス42は、図2に示すように、底壁421の幅方向(上面視で軸線方向に直交する方向)の中央部421aが筒部41に接続されている。
ケーシング4としては、金属、重合体、セラミックス等の材料で剛性を有する任意の材料により製造することができる。
流入継手6A及び流出継手6Bの突出部61は、開口面に直交する方向(管中心線C(C1、C2))から見て冷却水路45の軸線方向の長さと同じ幅寸法で設けられ、それぞれの管中心線C1、C2が互いに平行に延びている(図4参照)。突出部61の突出端61aには、第一フランジ63Aが形成されている。
第一フランジ63A内に設けられる第一ガイドベーン64Aは、図5に示すように、第一管中心線C1に沿う方向に延びるとともに軸線方向(モータ軸O)に沿って平行に配列される複数の第一ガイド641を有している。第二フランジ63B内に設けられる第二ガイドベーン64Bは、図6に示すように、流入出管7A、7B(図2参照)側から流入出口45A、45Bに向かうに従い漸次、放射状に広がるように配列される複数の第二ガイド642を有している。
冷却水路45のうち流入口45Aの近傍、すなわち冷却水路45を流通する冷却水Wの上流側にインバータボックス42に収容されたインバータ5が配置されている。そのため、インバータ5は、冷却水Wの温度が流出口45B付近よりも低い状態で冷却されることになる。一方、モータ本体3は、冷却水路45の全体で冷却される。
図2に示すように、本実施形態では、モータ本体3とインバータ5を収容するインバータボックス42とを周方向にC字状に延びる冷却水路45に対して接した状態で配置することができる。このように、インバータ5の冷却流路45をモータ本体3の冷却流路45と共通化させることで、配管形状を単純化でき、インバータ専用の流路が不要となる簡単な構造の流路構成となることから、インバータ5とモータ本体3の両者を効率よく冷却することができる。そのため、本実施形態のような燃料電池用の圧縮機モータやインバータのような発熱が小さなインバータ一体型回転電機10に好適である。
このように冷却水Wを軸方向に均一に拡げることができるので、局所的にモータ本体3の温度が上昇することを防止できる。
次に、図7に示すように、第二実施形態によるモータは、冷却水路45の継手6の突出部61に接続する流出口45Bと、冷却水路45とが鋭角に接続する部分にR形状の曲面45aで接続された構成となっている。
第二実施形態では、冷却水路45に鋭角部分をもたせない曲面形状となるので、冷却水路45内と流出口45Bとの間で流通する冷却水Wの流れをより均一にすることができ、圧損を低減することができる。
次に、図8に示すように、第三実施形態によるモータは、冷却水路45における流出口45Bとの間の領域に延長された延長部45bを形成した構成となっている。
これにより、冷却水路45の非水路区間(符号45cの領域)を小さくすることが可能となり、モータ本体3の全周に冷却水Wが行きわたる形状にすることが可能である。
次に、図9Aに示す第一変形例、及び図9Bに示す第二変形例は、継手の形状を変更したものである。本変形例では、流入継手6C、6Eの第一管中心線C1と、流出継手6D、6Fの第二管中心線C2と、が互いに軸線方向(図9A及び図9Bの左右方向)にずれて配置されている。
また、この場合には、継手6の管中心線C1、C2とそれぞれに対応した流入口45A及び流出口45Bの中心を一致させることで、さらに圧損を減らすことができる。
また、本実施形態では、分割された継手6同士を連結する一対のフランジ63A、63Bの内部にガイドベーン64A,64Bを設けているが、一対のフランジ63A、63Bのうち少なくとも一方の内部にガイドベーンが設けられていてもよいし、ガイドベーンが省略されていてもよい。
2 コンプレッサ
3 モータ本体
4 ケーシング
5 インバータ
6 冷却継手
6A 流入継手
6B 流出継手
7A 流入管
7B 流出管
10 インバータ一体型回転電機
31 シャフト
41 筒部
42 インバータボックス(収容部)
45 冷却水路(流路)
51 パワートランジスタ(スイッチング素子)
61 突出部
62 継手部
63A、63B フランジ
O モータ軸
W 冷却水
Claims (8)
- 軸線回りに回転可能なロータ、及び、該ロータを囲うステータを有するモータ本体と、
前記軸線方向に延びて前記モータ本体を囲う円筒状をなし、周方向にC字状に延びて第一端が流入口とされ第二端が流出口とされた冷却水を流通させるための流路を内部に有する筒部、及び、該筒部における前記流路の外周側で前記筒部の接線方向両側に張り出す収容部を有するケーシングと、
前記収容部に収容されて、該収容部における前記筒部の径方向外側を向く面に配置されたスイッチング素子を有するインバータと、
を備え、
前記インバータは、前記流路における上流側で前記流入口の近傍に配置されており、
前記流路は、前記流入口から前記流出口に向かって前記周方向の一方向に前記冷却水が流通するように設けられているモータ。 - 前記モータ本体は、前記流入口と前記流路に冷却水を供給する流入管とに接続される流入継手と、前記流出口と前記流路から冷却水を排出するための流出管に接続される流出継手と、を備えている請求項1に記載のモータ。
- 前記流入継手の第一管中心線と、前記流出継手の第二管中心線と、が互いに前記軸線方向にずれて配置されている請求項2に記載のモータ。
- 前記流入継手及び前記流出継手は、それぞれ前記流入管及び前記流出管に接続される端部から前記流入口及び前記流出口に向かうに従い漸次、前記流入口及び前記流出口の流路断形状となるように断面が変化している請求項2又は3に記載のモータ。
- 前記流入継手及び前記流出継手は、それぞれ管中心線に沿う方向に分割され、分割端に設けられるフランジによって連結され、
連結する一対の前記フランジのうち少なくとも一方の内部には、ガイドベーンが設けられた請求項2~4のいずれか1項に記載のモータ。 - 前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と、前記流路とが鋭角に接続する部分は曲面で接続されている請求項1~5のいずれか1項に記載のモータ。
- 前記流路における前記第一端及び前記第二端のうち少なくとも一方は、前記流入口及び前記流出口との間の領域に延長されている請求項1~6のいずれか1項に記載のモータ。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載のモータを備えたインバータ一体型回転電機。
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