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公開番号2021182827
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2020087753
出願日20200519
発明の名称インバータ一体型モータ
出願人日立Astemo株式会社
代理人特許業務法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02K 5/22 20060101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電流センサの冷却性能の向上と装置全体の小型化とを両立させた、インバータ一体型モータを提供する。
【解決手段】
インバータ一体型モータは、直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、パワーモジュールに冷媒を流し覆うように形成される流路形成体と、それらを内部に設置するインバータと、交流電流を検知する電流センサと、ステータ及びロータを収納するモータと、を備え、パワーモジュールは、ステータ及びロータを介してモータの回転軸と対向する位置に配置され、電流センサ13は、回転軸の垂直方向から見た場合、流路形成体とステータのコイルエンドとの間に配置され、かつ電流センサの少なくとも一部がモータハウジング内に収納される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに冷媒を流し、かつ前記パワーモジュールを覆うように形成される流路形成体と、
前記パワーモジュールと前記流路形成体とを内部に設置するインバータと、
前記交流電流を検知する電流センサと、
ステータ及びロータを有するモータと、
前記ステータ及び前記ロータを収納するモータハウジングと、を備え、
前記パワーモジュールは、前記ステータ及び前記ロータを介して前記モータの回転軸と対向する位置に配置され、
前記電流センサは、前記回転軸の垂直方向から見た場合、前記流路形成体と前記ステータのコイルエンドとの間に配置され、かつ前記電流センサの少なくとも一部が前記モータハウジング内に収納される
インバータ一体型モータ。
続きを表示(約 570 文字)【請求項2】
請求項1に記載のインバータ一体型モータであって、
前記電流センサは、前記インバータの筐体において、前記流路形成体の設置面を介して反対側の面に設置される
インバータ一体型モータ。
【請求項3】
請求項2に記載のインバータ一体型モータであって、
前記電流センサは、前記インバータの筐体に形成された取付部に設置され、
前記取付部は、前記インバータと前記モータを一体にする際に、前記モータハウジングに形成された電流センサを収納するための収納部と嵌合される
インバータ一体型モータ。
【請求項4】
請求項3に記載のインバータ一体型モータであって、
前記取付部は蓋体によって封止され、
前記パワーモジュールと接続している交流バスバは、前記蓋体を貫通して前記モータと接続される
インバータ一体型モータ。
【請求項5】
請求項4に記載のインバータ一体型モータであって、
前記電流センサは、前記交流バスバとは接触しない
インバータ一体型モータ。
【請求項6】
請求項5に記載のインバータ一体型モータであって、
前記電流センサは、コアレス電流センサである
インバータ一体型モータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ一体型モータに関する。
続きを表示(約 4,400 文字)【背景技術】
【0002】
モータとインバータが一体化されたインバータ一体型モータでは、電気自動車(EV)の車内空間と航続距離との拡大に向けて、さらに小型化・低背化の要求が増えている。その際、装置の小型化は発熱密度が上昇するため、耐熱の低いインバータ部品の冷却が求められている。また、装置の低背化はインバータのモータ搭載性が課題であり、小型化が進むモータに対して凹凸少なくインバータを配置する構造が求められている。
【0003】
本願発明の背景技術として、下記の特許文献1が知られている。特許文献1には、回転電機1の中間部材3に電流センサ304が埋設されていることで、全体の大型化を抑制することができる電気回路装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2011−250645公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1の技術では、電流センサ304の冷却機構がなく、モータハウジング内に収容すると、電流センサ304内にセンシング誤差が発生し、信頼性が劣る問題が生じる。これを鑑みて、本発明は、電流センサの冷却を考慮しつつ、インバータ一体型モータの小型化も実現させることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によるインバータ一体型モータは、直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、前記パワーモジュールに冷媒を流し、かつ前記パワーモジュールを覆うように形成される流路形成体と、前記パワーモジュールと前記流路形成体とを内部に設置するインバータと、前記交流電流を検知する電流センサと、ステータ及びロータを有するモータと、前記ステータ及び前記ロータを収納するモータハウジングと、を備え、前記パワーモジュールは、前記ステータ及び前記ロータを介して前記モータの回転軸と対向する位置に配置され、前記電流センサは、前記回転軸の垂直方向から見た場合、前記流路形成体と前記ステータのコイルエンドとの間に配置され、かつ前記電流センサの少なくとも一部が前記モータハウジング内に収納される。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、電流センサの冷却性能の向上と装置全体の小型化とを両立させた、インバータ一体型モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明の一実施形態に係るインバータ一体型モータの全体斜視図である。
図1の分解図である。
従来のインバータの内部構造を説明する図である。
本発明のインバータの内部構造を説明する図である。
図1のB−B断面図である。
図1のA−A断面図である。
図6のインバータとモータの接合部分を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。また、図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0010】
(インバータ一体型モータの構成)
図1は、本発明の一実施形態に係るインバータ一体型モータの全体斜視図である。なお、B−B断線は図5の説明で、A−A断線は図6の説明で用いる。
【0011】
インバータ一体型モータ100は、モータ1とインバータ2とギアボックス3とによって構成されている。
【0012】
インバータ一体型モータ100は、モータ1の回転軸とギアボックス3の入力側の軸とが機械的に接続されており、モータ1の回転速度が減速されて、ギアボックス3の出力側の軸から車両の車軸にトルクが伝達される仕組みを有している。なお、このときの減速比は、ギアボックス3に内蔵される複数のギアの歯数で決定され、一般的には8〜18程度の値を取る。
【0013】
図2は、図1のインバータ一体型モータ100の分解図である。
【0014】
モータハウジング8の表面には、モータ流路入口6とモータ流路出口7が形成されている。モータ流路入口6とモータ流路出口7は、モータハウジング8の内部に流入させる冷媒の出入り口となっている。
【0015】
インバータ2は、モータハウジング8に設けられている組付け用の固定部5により、モータ1のインバータ搭載面24に接触するように締結される。これと同様に、ギアボックス3もモータハウジング8に設けられている組付け用の固定部5により、モータ1に締結される。インバータ2内で発生する熱は、この締結により、モータ1の内部を流れる冷媒に放熱される。
【0016】
モータハウジング8は、インバータ2とモータ1を一体にする際に、インバータ筐体23に取付けられた電流センサ13(後述)を収納するための電流センサ収納部4を有している。詳細は後述する。
【0017】
図3は、従来のインバータ2Aの内部構造を説明する図である。
【0018】
インバータ2Aは、直流電力を交流電力に電力変換するためのIGBTやダイオードといったパワー半導体スイッチを実装して内蔵するパワーモジュール14(後述)と、パワーモジュール14に冷媒を流し冷却するための流路形成体12と、電力変換の際に直流電圧に発生する直流リプル電圧を平滑化するキャパシタ19と、交流電流を検知する電流センサ13Aと、ACバスバ15Aと、制御基板およびEMCフィルタ(符号なし)と、を備えている。これらのインバータ2Aの構成部品は、インバータ筐体23Aに内蔵されて3相インバータの主回路を形成している。なお、流路形成体12は、パワーモジュール14を覆うように形成されている。
【0019】
インバータ2Aは、キャパシタ19とパワーモジュール14とが前述のモータ1に電気的接続をするために、ACバスバ15Aを三相分備えており、ACバスバ15Aはインバータ筐体23Aから外部に向かって出力されている。三相のACバスバ15Aは、電流センサ13Aをそれぞれ備えている。なお、インバータ筐体23Aからは、ACバスバ15A以外に直流コネクタ(符号なし)も出力されている。
【0020】
電流センサ13Aは、ベクトル制御を行うために、モータ1の3相の交流電流値をそれぞれ検出して、モータコントローラ(図示せず)にフィードバックしている。また、電流センサ13Aには、所定の耐熱許容温度の閾値があるため、電流センサ13Aはその温度の閾値を超えるような高温環境で動作すると、検出誤差が発生する。なお、所定の耐熱許容温度は、例えば125℃である。
【0021】
図4は、本発明の一実施形態に係るインバータ2の内部構造を説明する図である。
【0022】
電流センサ13は、ACバスバ15を周方向で囲むように形成され、ACバスバ15との間に絶縁性の樹脂を設けている。これにより、電流センサ13は、ACバスバ15とは接触しない非接触型の電流センサ13となっている。
【0023】
インバータ2は、従来のインバータ2Aに比べて、ACバスバ15をインバータ2に沿って延材させることなく、インバータ2の下部方向(紙面奥側)であるモータ1方向へ延材させている。そのため、インバータ筐体23の体積は、従来のインバータ筐体23Aに比べて、ACバスバ15を延材しない分、体積が小さくなっている。
【0024】
またこれに伴い、電流センサ13も流路形成体12の上部(紙面手前側)に設置することなく、ACバスバ15の延材方向に合わせて、インバータ2とモータ1との間に設置することができる。より具体的には、電流センサ13は、インバータ筐体23において、流路形成体12の設置面を介して反対側の面に設置されている。このため、インバータ2の小型化と低背化を実現できている。
【0025】
図5は、図1のインバータ一体型モータ100のB−B断面図である。
【0026】
モータ1は、ロータ10とステータ(ステータコア)17とがモータハウジング8に収納されている構成である。ロータ10は回転軸11を有しており、ギアボックス3の入力側の軸と接続されてトルクを伝達している。ステータコア17の内側をロータ10が回転し、ステータコア17の軸方向周囲に形成されたコイルにより、モータ1に電力が供給されている。
【0027】
ステータコア17に形成されているコイルには、コイルの端部であるコイルエンド9が形成されている。コイルエンド9からは、インバータ2と接続するためのモータケーブル16が出力されている。
【0028】
電流センサ収納部4は、モータハウジング8内で、ロータ10とステータ17と回転軸11とを除いた空間を利用して設けられている。インバータ2は、モータ1に結合する際に、電流センサ13の取り付部分がモータ1に設けられている電流センサ収納部4に嵌合されるように、固定される。これにより、電流センサ収納部4は、電流センサ13をモータ1のモータハウジング8内に収納させる。
【0029】
ここで、電流センサ13は、パワーモジュール14の流路形成体12に冷却される必要があるため、モータハウジング8内のコイルエンド9と流路形成体12との間に挟まれる位置に配置される。そうすることで、電流センサ13の少なくとも一部がモータハウジング8内に収納され、高密度実装化され、固定性も高めることができる。
【0030】
パワーモジュール14と流路形成体12は、電流センサ13を間に挟んで、モータ回転軸11と対向の位置関係となっている。そうすることで、モータ1とインバータ2との間の交流配線である前述のACバスバ15の配線の長さが短くなる。これにより、インバータ一体型モータ100の小型化・低背化を実現している。
(【0031】以降は省略されています)

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