特許 7580293 モータユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】モータユニット

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/33 20160101AFI20241101BHJP

   H02K 9/02 20060101ALI20241101BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

H02K11/33

H02K9/02 B

H02M7/48 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021022746

(22)【出願日】2021-02-16

(65)【公開番号】P2022124862

(43)【公開日】2022-08-26

【審査請求日】2023-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】酒井 善行

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３５６００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０６８６３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１１６８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／００４７０４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １１／３３

Ｈ０２Ｋ ９／０２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を有するモータと、
前記モータの回転軸方向の端部に設けられ、前記モータの動作を制御するインバータユニットと、
前記モータと前記インバータユニットとを電気的に接続する導電部材と、を備え、
前記インバータユニットは、
前記モータに供給される電流を平滑化する平滑コンデンサと、
前記モータに供給される電流を検出する電流センサと、を有し、
前記平滑コンデンサと前記電流センサとは、前記モータの径方向に並んで一体に形成され、
前記インバータユニットは、電力変換モジュールをさらに有し、
前記平滑コンデンサと前記電力変換モジュールとの間には、前記平滑コンデンサ及び前記電力変換モジュールを冷却する第１冷却プレートが設けられ、
前記第１冷却プレートは前記電力変換モジュールの前記回転軸方向の一端面に当接し、
前記電力変換モジュールの前記回転軸方向の他端面には、前記電力変換モジュールを冷却する第２冷却プレートが当接することを特徴とするモータユニット。

【請求項2】

請求項１に記載のモータユニットであって、
前記平滑コンデンサと前記電流センサとは、一つのケース内に設けられることを特徴とするモータユニット。

【請求項3】

請求項１または２に記載のモータユニットであって、
前記電流センサは、前記平滑コンデンサより前記モータの径方向内側に配置されることを特徴とするモータユニット。

【請求項4】

請求項１に記載のモータユニットであって、
前記電力変換モジュールは、スイッチング素子を有し、
前記スイッチング素子は、前記第１冷却プレート及び前記第２冷却プレートに対向するように設けられることを特徴とするモータユニット。

【請求項5】

請求項２に記載のモータユニットであって、
前記平滑コンデンサは、
フィルム状の誘電体からなるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を前記ケース内に封止するための封止樹脂と、を有し、
前記コンデンサ素子は、前記第１冷却プレートに対向するように設けられることを特徴とするモータユニット。

【請求項6】

請求項５に記載のモータユニットであって、
前記封止樹脂には、前記封止樹脂より熱伝導率の高いフィラーが含有されていることを特徴とするモータユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、固定子の巻線に流れる電流を制御する電力モジュールと、電力モジュールと電気的に接続される制御基板と、電力モジュールのスイッチングノイズを低減するコンデンサと、電流を検出する電流検出器と、を備えたモータユニットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－８９２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたモータユニットでは、インバータ装置を構成する各構成部品をモータの回転軸方向に積層している。特許文献１に記載されたモータユニットにおいて、インバータ装置を構成する各構成部品を高出力化のために大きくしようとすると、その分、モータユニットの回転軸方向のサイズが大きくなってしまうおそれがある。

【0005】

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、モータを制御する制御部品を高出力化した場合に、モータユニットの回転軸方向のサイズが大きくなることを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によれば、モータユニットは、回転軸を有するモータと、モータの回転軸方向の端部に設けられ、モータの動作を制御するインバータユニットと、モータとインバータユニットとを電気的に接続する導電部材と、を備える。インバータユニットは、モータに供給される電流を平滑化する平滑コンデンサと、モータに供給される電流を検出する電流センサと、を有し、平滑コンデンサと電流センサとはモータの径方向に並んで一体に形成される。インバータユニットは電力変換モジュールをさらに有し、平滑コンデンサと電力変換モジュールとの間には、平滑コンデンサ及び電力変換モジュールを冷却する第１冷却プレートが設けられる。第１冷却プレートは電力変換モジュールの回転軸方向の一端面に当接する。電力変換モジュールの回転軸方向の他端面には、電力変換モジュールを冷却する第２冷却プレートが当接する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、平滑コンデンサと電流センサとがモータの径方向に並んで一体に形成されるので、平滑コンデンサと電流センサとの間に無駄なスペースが生じることがない。さらに、モータの回転軸方向にスペースを確保することができるので、モータを制御するインバータユニットを高出力化する場合にモータユニットが大型化しても、モータユニットの回転軸方向のサイズが大きくなることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明に係るモータユニットの全体図である。

【図2】図２は、本発明に係るモータユニットのインバータユニットの部分拡大図である。

【図3】図３は、本実施形態のモータユニットにおける平滑コンデンサの径方向の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0010】

図１は、本発明の実施形態のモータユニット１の全体図である。図２は、インバータユニット３の近傍の拡大図である。図３は、平滑コンデンサ３１の径方向の断面図である。

【0011】

図１に示すように、モータユニット１は、モータ２と、モータ２の回転軸方向の端部（コイルエンド）に配置され、モータ２の動作を制御するインバータユニット３と、モータ２とインバータユニット３とを電気的に接続するＡＣバスバー３０と、を備える。モータユニット１は、車両に搭載され、モータ２の回転軸１１を回転駆動することで車両を駆動する。ＡＣバスバー３０は、一端が後述する電力変換モジュール３２の出力端子に接続され、他端がモータ２のコイルの端子（図示せず）に接続される。

【0012】

モータ２は、回転軸１１と、図示しないロータ及びステータを備えている。モータ２は、インバータユニット３から電力を供給されることでロータを回転させて、回転軸１１を回転駆動する。

【0013】

モータユニット１のハウジング１０は、その外周がモータ２の外周に沿った円筒形状の第１ハウジング１０ａと、第１ハウジング１０ａの開口を塞ぐ第２ハウジング１０ｂと、を備える。第２ハウジング１０ｂの中心には、モータ２の回転軸１１が貫通する貫通孔１０ｃが設けられる。モータ２及びインバータユニット３は、第１ハウジング１０ａ及び第２ハウジング１０ｂによって形成された空間内に収容される。

【0014】

インバータユニット３は、図示しないバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ２に供給し、モータ２を駆動する。また、インバータユニット３は、車両の減速時にはモータ２の回生電力をバッテリに充電する。インバータユニット３は、平滑コンデンサ３１と、電力変換モジュール３２と、制御基板３３と、電流センサ３４と、を備える。図１及び図２に示すように、インバータユニット３では、モータ２の端部から、平滑コンデンサ３１、電力変換モジュール３２及び制御基板３３が順に積層して配置される。

【0015】

平滑コンデンサ３１は、電力変換モジュール３２に供給される直流電流のノイズやリップルを平滑化する。図３に示すように、平滑コンデンサ３１は、モータ２の回転軸方向から見た断面が、略円環状となるように形成される。平滑コンデンサ３１は、ハウジング１０に固定されたブラケット３６（図１参照）に取り付けられる。

【0016】

図３に示すように、平滑コンデンサ３１は、例えば、フィルム状の誘電体からなる複数のコンデンサ素子３１ａと、複数のコンデンサ素子３１ａを電流センサ３４とともに収容する円環状のケース３１ｂと、を備える。複数のコンデンサ素子３１ａは、ケース３１ｂ内に配置され収容される。ケース３１ｂ内には硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂３１ｃ）が充填され、コンデンサ素子３１ａ及び電流センサ３４は、ケース３１ｂ内でエポキシ樹脂３１ｃによって封止される。平滑コンデンサ３１と電流センサ３４は、ケース３１ｂ内において径方向に並んで設けられ、一体に形成される。なお、本実施形態では、コンデンサ素子３１ａを８個設けた場合を例に示しているが、個数はこれに限られず、必要とする容量や大きさなどに応じて適宜変更することができる。

【0017】

図２に示すように、電力変換モジュール３２は、バッテリから供給された直流電力をＵ，Ｖ，Ｗの三相の高周波電力に変換し、ＡＣバスバー３０を介してモータ２に供給する。電力変換モジュール３２は、平滑コンデンサ３１の上面に円環状に形成される。電力変換モジュール３２は、三相それぞれに対応する複数のスイッチング素子（図示せず）などの半導体素子を備えて構成される。

【0018】

ＤＣバスバー３７は、一端が電力変換モジュール３２の入力端子３８に接続され、他端が平滑コンデンサ３１の入力端子３８に接続される。ＤＣバスバー３７は、さらにＤＣバスバー３７のいずれかの位置で図示しないバッテリからの給電線に接続されている。

【0019】

制御基板３３は、図示しない車両コントロールユニットからの指示を受けて、電力変換モジュール３２の動作を制御して、モータ２に供給する電力を調整する。制御基板３３は、電力変換モジュール３２と電気的に接続され、電力変換モジュール３２のスイッチング素子に対して制御信号を出力する。制御基板３３上には、マイコンや各種電気部品が実装される。

【0020】

電流センサ３４は、例えば、ホール素子方式の電流センサによって構成される。図１及び図２に示すように、電流センサ３４の中心部には、ＡＣバスバー３０が挿通され、電流センサ３４は、ＡＣバスバー３０を流れる電流値を検出する。電流センサ３４は、ハーネス等により制御基板３３に接続されており、電流センサ３４によって検出された電流値は、制御基板３３に入力される。

【0021】

ＡＣバスバー３０は、モータ２のＵ，Ｖ，Ｗの三相に対応した３つのＡＣバスバー３０からなる（図３参照）。ＡＣバスバー３０は、回転軸１１の周囲に近接して、つまり、平滑コンデンサ３１の径方向内側に等間隔に配置され、モータ２の端部から回転軸１１に沿って軸方向に延設される。

【0022】

図１及び図２に示すように、インバータユニット３は、電力変換モジュール３２の両側面に当接するように設けられる冷却プレート３５ａ，３５ｂをさらに備える。冷却プレート３５ａ、３５ｂ内には、外部から導かれる冷媒が流れる流路が設けられる（図示せず）。冷却プレート３５ｂは、ブラケット３６を介して平滑コンデンサ３１と対向するように設けられる。これにより、冷却プレート３５ｂによって平滑コンデンサ３１を効率よく冷却することができる。また、冷却プレート３５ｂは、少なくとも電力変換モジュール３２のスイッチング素子（図示せず）に対向するように設けられる。スイッチング素子は、発熱量が大きいので、冷却プレート３５ｂをスイッチング素子に対向するように設けることにより、スイッチング素子を効率よく冷却することができる。

【0023】

モータユニット１において、モータ２を高出力化する場合に、インバータユニット３の各部品が大型化する。このため、モータユニット１がモータ２の回転軸方向に大型化してしまう。そこで、本実施形態では、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とモータ２の径方向に並んで一体に形成している。これにより、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４との間に無駄なスペースを削減し、モータ２の回転軸方向にスペースを確保することができる。よって、モータ２を制御する制御部品を高出力化する場合にモータユニット１（インバータユニット３）が大型化しても、モータユニット１の回転軸方向のサイズが大きくなることを抑制できる。

【0024】

特に、本実施形態のように、電流センサ３４及びＡＣバスバー３０を平滑コンデンサ３１の径方向内側に設けることにより、平滑コンデンサ３１と回転軸１１との間のデッドスペースを有効的に利用することができる。さらに、平滑コンデンサ３１をハウジング１０の内周壁付近まで拡大することができるので、インバータユニット３の回転軸１１方向への大型化を抑制できる。なお、本実施形態では、電流センサ３４が平滑コンデンサ３１の径方向内側に設けられている場合を例に説明しているが、電流センサ３４は、平滑コンデンサ３１の径方向外側に設けられていてもよい。

【0025】

また、平滑コンデンサ３１の充填剤として硬化性樹脂（エポキシ樹脂３１ｃ）を例に説明したがこれに限らない。また、エポキシ樹脂３１ｃにエポキシ樹脂３１ｃより熱伝導率の高いフィラー（例えば、ガラス繊維）を添加するようにしてもよい。ホール素子形式の電流センサ３４を用いた場合には、構造上、冷却プレート３５ｂに接するように配置することができないが、エポキシ樹脂３１ｃより熱伝導率の高いフィラーを添加することにより、電流センサ３４において発生した熱をエポキシ樹脂３１ｃを通じて冷却プレート３５ｂに導くことができる。これにより、電流センサ３４によって発生した熱をより多く放熱することができる。

【0026】

また、インバータユニット３では、平滑コンデンサ３１、電力変換モジュール３２及び制御基板３３が積層して配置される。このような構成とすることにより、これらの間に生じるデッドスペースを小さくすることができるので、インバータユニット３を小型化することができる。さらに、モータユニット１を高出力化する場合には、このようなデッドスペースを小さくできた分、インバータユニット３の構成部品が大型化してもモータユニット１の回転軸方向への大型化を抑制できる。

【0027】

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

【0028】

モータユニット１は、回転軸１１を有するモータ２と、モータ２の回転軸１１方向の端部に設けられ、モータ２の動作を制御するインバータユニット３と、モータ２とインバータユニット３とを電気的に接続するＡＣバスバー３０（導電部材）と、を備える。インバータユニット３は、モータ２に供給される電流を平滑化する平滑コンデンサ３１と、モータ２に供給される電流を検出する電流センサ３４と、を有し、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とをモータ２の径方向に並んで一体に形成する。

【0029】

この構成では、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とがモータ２の径方向に並んで一体に形成されるので、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４との間に無駄なスペースが生じることがない。さらに、モータ２の回転軸１１方向にスペースを確保することができるので、モータ２を制御するインバータユニット３を高出力化する場合にモータユニット１が大型化しても、モータユニット１の回転軸方向のサイズが大きくなることを抑制できる。

【0030】

また、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とを一体に形成することにより、モータユニット１が振動した際に、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とが一体となって振動するので、振動による影響を抑制することができる。

【0031】

モータユニット１では、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とは、一つのケース３１ｂ内に設けられる。

【0032】

この構成では、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とを一つのケース３１ｂ内に設けることで、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とを一体にする作業を不要にすることができる。

【0033】

モータユニット１では、電流センサ３４は、平滑コンデンサ３１よりモータ２の径方向内側に配置される。

【0034】

この構成では、平滑コンデンサ３１と回転軸１１の間のデッドスペースを有効的に利用することができる。

【0035】

モータユニット１では、インバータユニット３は、電力変換モジュール３２をさらに有し、平滑コンデンサ３１と電力変換モジュール３２との間には、平滑コンデンサ３１及び電力変換モジュール３２を冷却する冷却プレート３５ｂが設けられる。

【0036】

この構成では、平滑コンデンサ３１及び電力変換モジュール３２の間に冷却プレート３５ｂを設けることで、１つの冷却プレート３５ｂによって平滑コンデンサ３１及び電力変換モジュール３２を冷却することができる。よって、モータユニット１の大型化を抑制できる。

【0037】

モータユニット１では、電力変換モジュール３２は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子は、冷却プレート３５ｂに対向するように設けられる。

【0038】

この構成では、スイッチング素子が冷却プレート３５ｂに対向するように設けられているので、発熱量の多いスイッチング素子を冷却プレート３５ｂによって効率よく冷却することができる。

【0039】

モータユニット１では、平滑コンデンサ３１は、フィルム状の誘電体からなるコンデンサ素子３１ａと、コンデンサ素子３１ａをケース３１ｂ内に封止するためのエポキシ樹脂３１ｃ（封止樹脂）と、を有する。コンデンサ素子３１ａは、冷却プレート３５ｂに対向するように設けられる。

【0040】

この構成では、コンデンサ素子３１ａが冷却プレート３５ｂに対向するように設けられているので、コンデンサ素子３１ａを冷却プレート３５ｂによって効率よく冷却することができる。

【0041】

モータユニット１では、エポキシ樹脂３１ｃ（封止樹脂）には、エポキシ樹脂３１ｃ（封止樹脂）より熱伝導率の高いフィラーが含有されている。

【0042】

この構成では、ケース３１ｂ内の熱伝導率を高めることができるので、コンデンサ素子３１ａ及び電流センサ３４を効率よく冷却することができる。

【0043】

以上、本発明の実施形態、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0044】

本実施形態では、電流センサ３４として、ホール素子形式の電流センサを例に説明したが、これに限らず、シャント抵抗など他の形式の電流センサであってもよい。

【0045】

本実施形態のモータユニット１は、車両に搭載されたバッテリの電力によりモータユニット１を駆動して走行する電気自動車に搭載されるものであってもよいし、エンジンを備え、エンジンが発電した電力により、モータユニット１を駆動するシリーズハイブリッド式の自動車に搭載されるものであってもよい。さらに、モータユニット１は、車両以外の装置に適用してもよい。

【0046】

また、本実施形態では、インバータユニット３の制御部品である平滑コンデンサ３１、電力変換モジュール３２及び制御基板３３を円環状となるように構成した場合を例に説明したが、これに限られない。径方向内側あるいは径方向外側にＡＣバスバー３０及び電流センサ３４を配置できれば、どのような形状であってもよく、多角形であってもよいし曲面と多角形の組み合わせであってもよい。それぞれを構成する素子や配線等の形状に対応して、適切な形状であればよい。

【0047】

コンデンサ素子３１ａはフィルム状のものに限らず、積層セラミック構造のものなどコンデンサの種類は変更することができる。また、電流センサ３４は、ケース３１ｂ内で樹脂によって充填されるとしたが、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４とを別体にして、機械的に接合する形をとってもよい。

【0048】

また、上記実施形態では、ケース３１ｂ内に設けた平滑コンデンサ３１と電流センサ３４の周囲に熱伝導率の高いエポキシ樹脂３１ｃ等の充填材を設ける構造としたが、平滑コンデンサ３１と電流センサ３４は、インバータ駆動時の発熱の割合が異なるため、放熱性の高い充填剤を平滑コンデンサ３１側のみ充填するようにしてもよい。さらに、コンデンサ素子３１ａとしてフィルム状以外の、例えば、積層セラミックコンデンサのような耐熱性の高いコンデンサを用いる場合には、充填剤を使用しないようにする変更も可能である。さらに、電流センサ３４と平滑コンデンサ３１は別部品として、インバータユニット３を組み上げる際に機械的に固定する方法をとってもよい。

【符号の説明】

【0049】

１ モータユニット
２ モータ
３ インバータユニット
１１ 回転軸
３０ ＡＣバスバー（導電部材）
３１ 平滑コンデンサ
３１ａ コンデンサ素子
３１ｂ ケース
３１ｃ エポキシ樹脂（封止樹脂）
３２ 電力変換モジュール
３３ 制御基板
３４ 電流センサ
３５ａ 冷却プレート
３５ｂ 冷却プレート

【図1】

【図2】

【図3】