(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子の巻線を切り替える巻線切替器であって、
冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、
前記筐体に備えられた少なくとも１つの搭載面と、
前記少なくとも１つの搭載面にそれぞれ搭載された、第１電子部品、及び、前記第１電子部品より発熱温度が低い第２電子部品、と、
前記筐体に備えられ、前記搭載面の周囲を取り囲む側面と、
前記筐体の一方側の前記側面に互いに隣接して設けられ、前記流路にそれぞれ連通する、前記冷媒の供給口及び排出口と、
前記流路内において前記一方側より前記他方側に向けて延設され、前記流路の前記供給口側部分と前記排出口側部分とを仕切る仕切り板と、
前記流路内にそれぞれ複数設けられ、前記冷媒の流れを整流する、第１整流板、第２整流板、第３整流板と、
を有し、
前記流路は、
前記仕切壁の前記供給口側において、略放射状に配置された前記複数の第１整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記一方側から他方側へ向かって大きくなるように形成された、拡大流路と、
前記仕切壁より前記他方側に設けられ、略円弧状に配置された前記複数の第２整流板により、前記拡大流路から前記他方側へと導入した冷媒を方向転向させて、前記一方側へと導出する、転向流路と、
前記仕切壁の前記排出口側において、略放射状に配置された前記複数の第３整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記他方側から前記一方側へ向かって小さくなるように形成された、縮小流路と、
を含む、前記供給口から前記排出口へ至る略Ｕ字型形状であり、
前記第１電子部品は、
前記搭載面のうち、前記拡大流路及び前記縮小流路に対応した領域に設けられ、
前記第２電子部品は、
前記搭載面のうち、前記転向流路に対応した領域に設けられている
ことを特徴とする巻線切替器。
【請求項２】
前記第１電子部品及び前記第２電子部品を前記搭載面に固定するための複数の取付部を有し、
前記複数の取付部は、
前記拡大流路の前記第１整流板と前記転向流路の前記第２整流板との切れ目に、それら第１整流板及び第２整流板の延設方向に沿った部位に設けられる第１取付部と、
前記転向流路の前記第２整流板と前記縮小流路の前記第３整流板との切れ目に、それら第２整流板及び第３整流板の延設方向に沿った部位に設けられる第２取付部と、
を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の巻線切替器。
【請求項３】
前記筐体は、
前記他方側の前記側面に、前記第１電子部品及び前記第２電子部品以外の電子部品を冷却可能な冷却面を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線切替器。
【請求項４】
前記第１〜第３整流板のそれぞれは、
前記流路の前記搭載面側の内壁より突出して設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の巻線切替器。
【請求項５】
前記第１〜第３整流板のそれぞれは、
前記流路内に突出した前記取付部に干渉しないように設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の巻線切替器。
【請求項６】
前記取付部は、
前記流路の前記搭載面側の内壁及びその反対側の内壁の両方に接続するように設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の巻線切替器。
【請求項７】
前記流路は、
前記側面方向から見た流路幅が、前記筐体の一方側よりも他方側の方が小さくなるように、形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の巻線切替器。
【請求項８】
固定子及び回転子を備え、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器を有する回転電機であって、
前記巻線切替器は、
冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、
前記筐体に備えられた少なくとも１つの搭載面と、
前記少なくとも１つの搭載面にそれぞれ搭載された、第１電子部品、及び、前記第１電子部品より発熱温度が低い第２電子部品、と、
前記筐体に備えられ、前記搭載面の周囲を取り囲む側面と、
前記筐体の一方側の前記側面に互いに隣接して設けられ、前記流路にそれぞれ連通する、前記冷媒の供給口及び排出口と、
前記流路内において前記一方側より前記他方側に向けて延設され、前記流路の前記供給口側部分と前記排出口側部分とを仕切る仕切り板と、
前記流路内にそれぞれ複数設けられ、前記冷媒の流れを整流する、第１整流板、第２整流板、第３整流板と、
を有し、
前記流路は、
前記仕切壁の前記供給口側において、略放射状に配置された前記複数の第１整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記一方側から他方側へ向かって大きくなるように形成された、拡大流路と、
前記仕切壁より前記他方側に設けられ、略円弧状に配置された前記複数の第２整流板により、前記拡大流路から前記他方側へと導入した冷媒を方向転向させて、前記一方側へと導出する、転向流路と、
前記仕切壁の前記排出口側において、略放射状に配置された前記複数の第３整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記他方側から前記一方側へ向かって小さくなるように形成された、縮小流路と、
を含む、前記供給口から前記排出口へ至る略Ｕ字型形状であり、
前記第１電子部品は、
前記搭載面のうち、前記拡大流路及び前記縮小流路に対応した領域に設けられ、
前記第２電子部品は、
前記搭載面のうち、前記転向流路に対応した領域に設けられている
ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、巻線切替器及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータ本体部とモータ本体部の巻線を切り替える巻線切替器を一体的に備えたモータが記載されている。このモータでは、巻線切替器の筐体の内部に冷却液路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４７２５３号公報（第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に巻線切替器は、半導体スイッチング素子等で構成される巻線切替モジュールやダイオード等、固定子の巻線を切り替えるための複数の電子部品を有する。ここで、上記従来技術の冷却液路は、途中の流路幅がほぼ一定である略Ｕ字状の液路となっている。このような冷却液路では、電子部品を冷却可能な冷却面の面積に限りがあり、複数の電子部品を十分に冷却できるとは限らなかった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却面積を増大させて冷却性能を向上させた巻線切替器及び回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転電機の固定子の巻線を切り替える巻線切替器であって、冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、前記筐体に備えられた少なくとも１つの搭載面と、前記少なくとも１つの搭載面にそれぞれ搭載された、第１電子部品、及び、前記第１電子部品より発熱温度が低い第２電子部品、と、前記筐体に備えられ、前記搭載面の周囲を取り囲む側面と、前記筐体の一方側の前記側面に互いに隣接して設けられ、前記流路にそれぞれ連通する、前記冷媒の供給口及び排出口と、前記流路内において前記一方側より前記他方側に向けて延設され、前記流路の前記供給口側部分と前記排出口側部分とを仕切る仕切り板と、前記流路内にそれぞれ複数設けられ、前記冷媒の流れを整流する、第１整流板、第２整流板、第３整流板と、を有し、前記流路は、前記仕切壁の前記供給口側において、略放射状に配置された前記複数の第１整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記一方側から他方側へ向かって大きくなるように形成された、拡大流路と、前記仕切壁より前記他方側に設けられ、略円弧状に配置された前記複数の第２整流板により、前記拡大流路から前記他方側へと導入した冷媒を方向転向させて、前記一方側へと導出する、転向流路と、前記仕切壁の前記排出口側において、略放射状に配置された前記複数の第３整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記他方側から前記一方側へ向かって小さくなるように形成された、縮小流路と、を含む、前記供給口から前記排出口へ至る略Ｕ字型形状であり、前記第１電子部品は、前記搭載面のうち、前記拡大流路及び前記縮小流路に対応した領域に設けられ、前記第２電子部品は、前記搭載面のうち、前記転向流路に対応した領域に設けられていることを特徴とする巻線切替器が適用される。
【０００８】
また上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子及び回転子を備え、前記固定子の巻線を切り替える巻線切替器を有する回転電機であって、前記巻線切替器は、冷媒を循環させる流路が内部に形成された筐体と、前記筐体に備えられた少なくとも１つの搭載面と、前記少なくとも１つの搭載面にそれぞれ搭載された、第１電子部品、及び、前記第１電子部品より発熱温度が低い第２電子部品、と、前記筐体に備えられ、前記搭載面の周囲を取り囲む側面と、前記筐体の一方側の前記側面に互いに隣接して設けられ、前記流路にそれぞれ連通する、前記冷媒の供給口及び排出口と、前記流路内において前記一方側より前記他方側に向けて延設され、前記流路の前記供給口側部分と前記排出口側部分とを仕切る仕切り板と、前記流路内にそれぞれ複数設けられ、前記冷媒の流れを整流する、第１整流板、第２整流板、第３整流板と、を有し、前記流路は、前記仕切壁の前記供給口側において、略放射状に配置された前記複数の第１整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記一方側から他方側へ向かって大きくなるように形成された、拡大流路と、前記仕切壁より前記他方側に設けられ、略円弧状に配置された前記複数の第２整流板により、前記拡大流路から前記他方側へと導入した冷媒を方向転向させて、前記一方側へと導出する、転向流路と、前記仕切壁の前記排出口側において、略放射状に配置された前記複数の第３整流板により、前記搭載面方向から見た流路幅が、前記他方側から前記一方側へ向かって小さくなるように形成された、縮小流路と、を含む、前記供給口から前記排出口へ至る略Ｕ字型形状であり、前記第１電子部品は、前記搭載面のうち、前記拡大流路及び前記縮小流路に対応した領域に設けられ、前記第２電子部品は、前記搭載面のうち、前記転向流路に対応した領域に設けられている回転電機が適用される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電子部品冷却ユニットの冷却面積を増大させて冷却性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る電動機を主要構成部ごとに分解した状態の外観全体を斜視で表した図である。
【図２】組み立てた状態の電動機を図１中の矢視Ａ−Ａ線から見た軸方向側断面で表した図である。
【図３】図２中の矢視Ｂ−Ｂ線断面から見た配線ユニットの平面図である。
【図４】図２中の矢視Ｃ−Ｃ線断面から見た切替制御ユニットの平面図である。
【図５】図２中の矢視Ｄ−Ｄ線断面から見た切替制御ユニットフレームの軸方向断面図である。
【図６】図５中の矢視Ｅ−Ｅ線断面から見た切替制御ユニットフレームの側断面図である。
【図７】変形例の水冷冷却室を備えた切替制御ユニットフレームの図６に対応する側断面図である。
【図８】巻線用端子台を水冷冷却室に固定した場合の電動機の図２に対応する側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係る電動機を主要構成部ごとに分解した状態の外観全体を斜視で表した図であり、図２は、組み立てた状態の電動機を図１中の矢視Ａ−Ａ線から見た軸方向側断面で表した図である。図示する例の電動機は、例えば電気自動車の駆動用モータに適用される回転型電動機である。なお、図２中においては、図示の煩雑を避けるために、ケーブル等の配線は省略している。
【００１３】
これら図１、図２において、電動機１００は、電動機本体１と、配線ユニット２と、切替制御ユニット３と、蓋部４とを有している。電動機本体１はその全体の外観が略円筒形状であり、その一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の軸方向端部で後述の出力軸１２を突出させ、その反対側（図１中の右上側、図２中の右側）の軸方向端部に、それぞれ略同じ外径で軸方向に短い形状の配線ユニット２と、切替制御ユニット３とを同軸的に重ねて連結している。この重ねる順序としては、電動機本体１、配線ユニット２、及び切替制御ユニット３の順である。さらに、切替制御ユニット３の開放端部に同じ外径の蓋部４を取り付けて、電動機１００の全体が略円筒形状の組立体に構成される。
【００１４】
電動機本体１は、電動機本体フレーム１１と、出力軸１２と、永久磁石が埋め込まれた回転子１３と、巻線を有する固定子１４と、レゾルバ１５とを有している。電動機本体フレーム１１は、全体が略円筒形状で構成され、一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の軸方向端部が閉塞壁１１ａで閉じており、他方側（図１中の右上側、図２中の右側）の軸方向端部が開口している。図示する本実施形態の例では、閉塞壁１１ａに上記出力軸１２が貫通しており、開口している側の軸方向端部に配線ユニット２が連結している。また、電動機本体フレーム１１の内部で開口側に近い軸方向位置に支持壁１１ｂが設けられており、この支持壁１１ｂと上記閉塞壁１１ａがそれぞれの中心位置でベアリング１１ｃを介して出力軸１２を回転自在に支持している。また、この電動機本体フレーム１１の外周側壁１１ｄの内部には、冷却水を周方向に流通可能な冷却水路１１ｅが全周に渡って設けられている。なお、特に詳しく図示しないが、この冷却水路１１ｅには冷却水を流通させる配管を介して外部の冷却水ポンプに接続されている（配管、冷却水ポンプ共に図示省略）。当該冷却水路１１ｅに冷却水を流通させることで、電動機本体１の発熱を吸熱させることができる。
【００１５】
本実施形態の電動機１００の例では、永久磁石が埋め込まれた回転子１３が略円柱形状に構成され、電動機本体フレーム１１の内部で上記出力軸１２に同軸的に固定されている。また、巻線を有する固定子１４は円筒形状に構成されており、上記永久磁石が埋め込まれた回転子１３の外周側を囲む配置で電動機本体フレーム１１の内周面に固定されている。上述したように、出力軸１２の一方側（図１中の左下側、図２中の左側）の端部は上記電動機本体フレーム１１の閉塞壁１１ａを貫通して突出しており、他方側（図１中の右上側、図２中の右側）の端部は電動機本体フレーム１１の内部に収まっている。この出力軸１２の他方側の端部には、当該出力軸１２の回転速度や回転位置を検出するためのレゾルバ１５が設けられている。
【００１６】
以上のように構成された電動機本体１は、巻線を有する固定子１４に３相交流電力を供給することで、永久磁石が埋め込まれた回転子１３と出力軸１２を回転駆動できる３相交流同期型のモータであり、レゾルバ１５によってその回転子１３の回転角を検出できる。特に図示しないが、巻線を有する固定子１４には３相交流の各相に対応した巻線１４を３本並列に巻回して構成する巻線を２組備えている。これらのうち一つの巻線のみに３相交流を供給した場合には、インピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、電動機１００を高速で駆動するのに好適な状態となる。また、２組の巻線を直列に接続してその全体に３相交流を供給した場合には、インピーダンスが高いので低周波領域でも十分な電圧を印加することができ、同一電流に対して電動機１００に大きいトルクを発生させることができ、低速駆動に好適な状態となる。
【００１７】
切替制御ユニット３は、外部から供給された３相交流電力に対して上記２組の巻線をどのように接続して供給するかの切り替え制御を行うユニットであり、配線ユニット２は３相交流電力の供給端子と、切替制御ユニット３と、電動機本体１の２組の巻線との間を接続するケーブルを最適に這いまわして収容するユニットである。
【００１８】
図３は、上記図２中の矢視Ｂ−Ｂ線断面から見た配線ユニット２の平面図である。上記図１〜図３において、配線ユニット２は、配線ユニットフレーム２１と、巻線用端子台２２と、電源用端子台２３と、シールド板２４とを有している。
【００１９】
配線ユニットフレーム２１の外観は、その外周部分で上記電源用端子台２３の配置位置に角部２１ａを有する以外は、上記電動機本体フレーム１１と同じ外径の略円筒形状を有している。また、この配線ユニットフレーム２１は、電動機本体フレーム１１に連結する側（図１中の左下側、図２中の左側、図３中の奥側）の軸方向端部に遮蔽壁２１ｂを有しており、反対側（図１中の右上側、図２中の右側、図３中の手前側）の軸方向端部は開口している。配線ユニットフレーム２１の内部では、軸中心に近い位置に巻線用端子台２２が、上記角部２１ａの位置に電源用端子台２３が、それぞれ遮蔽壁２１ｂに固定されている。
【００２０】
巻線用端子台２２は全体が成形樹脂部材で構成されており、遮蔽壁２１ｂに直接固定される基台部２２ａと、上記切替制御ユニット３に連結する連結部２２ｂとを一体に備えている。基台部２２ａは、遮蔽壁２１ｂとの設置面からの高さが比較的低い略直方体形状を備えている。連結部２２ｂは、基台部２２ａの幅方向一方側（図２、図３中の上側）の辺に沿って長手方向に同じ長さに配置され、その上端が配線ユニットフレーム２１の開口側端部から突出するほどの高さの略直方体形状を備えている。このため当該巻線用端子台２２は、図２中に示すような略Ｌ字形状の断面を長手方向に連続する形状を備えている。配線ユニットフレーム２１の底面に位置する略円形形状の遮蔽壁２１ｂにおいて、巻線用端子台２２の基台部２２ａは遮蔽壁２１ｂの中心から外れてその長手方向に沿った辺を遮蔽壁２１ｂの弦とする配置で固定されている。また連結部２２ｂは、基台部２２ａのうちの遮蔽壁２１ｂの外周側に近い方の辺に位置している。
【００２１】
連結部２２ｂに接続する以外の基台部２２ａの上面には、その長手方向に渡って６つの端子結合部２２ｃが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている。隣り合う２つの端子結合部２２ｃの間には少しだけ高くなった分断壁２２ｄが設けられている。また、連結部２２ｂの先端部には、その長手方向に渡って６つの接続部２２ｅが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている（後述の図４参照）。同じ長手方向位置に位置する端子結合部２２ｃと接続部２２ｅどうしは、基台部２２ａと連結部２２ｂの内部に設けられた金属製のバスバー２２ｆを介して電気的に接続されている。
【００２２】
電源用端子台２３は、上記巻線用端子台２２と同様に、略Ｌ字形状の断面が長手方向に連続する形状を備えており、配線ユニットフレーム２１の外周側の角部２１ａに配置されて遮蔽壁２１ｂに固定されている。この電源用端子台２３には、その長手方向に渡って３つの電源結合部２３ａが等間隔もしくは不等間隔の配置で設けられている。これら３つの電源結合部２３ａは、外部電源ケーブル２５を介して図示しない外部のインバータに接続されている。
【００２３】
配線ユニットフレーム２１の遮蔽壁２１ｂの中心位置には、上記電動機本体１に設けられたレゾルバ１５より少し大きい外径で例えば磁性体などからなるシールド板２４が設けられている。また遮蔽壁２１ｂにおいて、シールド板２４より外周側で適宜の周方向位置に２つの挿通穴２１ｃ、２１ｄが隣接して設けられている。また遮蔽壁２１ｂにおいて、巻線用端子台２２より外周側の位置には、遮蔽壁２１ｂを貫通して上記レゾルバ１５の配線を配線ユニットフレーム２１の内部へ通すための連通穴２１ｅが設けられている。
【００２４】
そして、巻線用端子台２２の基台部２２ａに設けられた６つの端子結合部２２ｃのうち、図３中の左側の３つはそれぞれ高速用ケーブル２６の端子を結合するための結合部であり、図３中の右側の３つはそれぞれ低速用ケーブル２７の端子を結合するための結合部である。上記連結部２２ｂは、これら高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７のそれぞれに対応して長手方向に２分割されている。電源用端子台２３に設けられた３つの電源結合部２３ａは、それぞれ電源用ケーブル２８の端子を結合するための結合部である。各結合部は、ボルトなどの締結によって各ケーブルの端子が結合される。高速用ケーブル２６、低速用ケーブル２７、及び電源用ケーブル２８はそれぞれ３本ずつ配線されるが、それら３本の内訳は３相交流のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応している。
【００２５】
電源用ケーブル２８は、図示しない外部のインバータから供給された駆動用の３相交流電流が流れるケーブルである。高速用ケーブル２６は、上述した電動機本体１の内部に備えられる２組の巻線に対して高速駆動の切替時に接続するケーブルであり、接続の切り替え状態によっては比較的大きな電流が流れるため太いケーブルが用いられている。低速用ケーブル２７は、上述した電動機本体１の内部に備えられる２組の巻線に対して低速駆動の切替時に接続するケーブルであり、どのような接続の切り替え状態であっても上記電源用ケーブル２８と同等またはそれより低い電流が流れるため、電源用ケーブル２８と同じ太さのケーブルが用いられている。
【００２６】
３本の高速用ケーブル２６は、巻線用端子台２２に最も近い位置の挿通穴２１ｃに挿通させて電動機本体１の内部に挿通されている。３本の低速用ケーブル２７は、もう一方の挿通穴２１ｄを通過して電動機本体１の内部に挿通されている。このように電動機本体１の内部に挿通された高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７の併せて６本のケーブルは、図１に示すように、それぞれ電動機本体フレーム１１の内周側で同じ巻回方向に何重にも巻回された状態で収納され、その巻回部分２９から出たそれぞれの端部が２組の巻線に接続される（図２中ではこの巻回部分２９を含めた配線全体を省略している）。
【００２７】
この電動機本体１内におけるケーブルの巻回部分２９の巻回経路は、図３の断面から見て、配線ユニットフレーム２１と同等の外径である電動機本体フレーム１１の外周側壁１１ｄの内面に沿って反時計回り方向に描く円形経路である（特に図示せず）。この円形経路に対して、図３中に示す配置の高速用ケーブル２６は、比較的曲率の小さい（曲率半径の大きい）配線経路で進入できるよう引き回せる。また、同じ円形経路に対して、図３中に示す配置の低速用ケーブル２７は、比較的曲率の大きい（曲率半径の小さい）配線経路で進入するよう引き回している。
【００２８】
ここで、基台部２２ａの上面で隣り合う２つの端子結合部２２ｃの間の分断壁２２ｄは、近傍のケーブルの配線経路に沿う方向で設けられている。それら分断壁２２ｄの間の出口位置を考慮すると、最も太い３本の高速用ケーブル２６が、巻線用端子台２２の半径方向最外周側に配線され、最も細い低速用ケーブル２７が巻線用端子台２２の半径方向略中央位置に配線されるよう、それぞれ接続されていると見なせる。なお、ここでの半径方向とは、略円筒形状の配線ユニットフレーム２１における半径方向を意味する。また、図示するこの例の配線経路では、３本の高速用ケーブル２６と３本の低速用ケーブル２７とが互いに隣接するよう配置されている。
【００２９】
図４は、上記図２中の矢視Ｃ−Ｃ線断面から見た切替制御ユニット３の平面図である。上記図１、図２及び図４において、切替制御ユニット３は、切替制御ユニットフレーム３１と、ダイオードモジュール３２と、ＩＧＢＴモジュール３３と、制御回路基板３４とを有している。
【００３０】
切替制御ユニットフレーム３１の外観は、上記電動機本体フレーム１１と同じ外径の略円筒形状を有している。また、この切替制御ユニットフレーム３１は、配線ユニットフレーム２１に連結する側（図１中の左下側、図２中の左側、図４中の奥側）の軸方向端部に水冷冷却室３５を有しており、反対側（図１中の右上側、図２中の右側、図４中の手前側）の軸方向端部は開口している。上記水冷冷却室３５は、切替制御ユニットフレーム３１の周方向の一部分（図２中、図４中の上方部分）において配線ユニット２に向けて開口させ、それ以外では全面的に遮蔽するよう設けられている。配線ユニット２と連結した際には、この水冷冷却室３５が設けられていない開口部分（以下において、開放口３１ａという）に上記巻線用端子台２２の連結部２２ｂが貫通し、切替制御ユニットフレーム３１の内部に挿入される。なお、水冷冷却室３５の構造については後に詳述する。
【００３１】
切替制御ユニットフレーム３１の内部では、ダイオードモジュール３２が上記開放口３１ａに近い側の位置で、ＩＧＢＴモジュール３３が上記開放口３１ａから遠い側の位置で、それぞれ水冷冷却室３５の上面壁３５ａ（図２中の右側の壁面、図４中の手前側の壁面）に固定されている。そして制御回路基板３４は、ダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３の上方側（図２中の右側、図４中の手前側）に重なる配置で固定され、外部制御ケーブル３６を介して図示しない外部の切替制御装置に接続されている。なおここでは、説明の便宜上、蓋部４の側を上方側、電動機本体１の側を下方側としている。ダイオードモジュール３２は、配線ユニット２から当該切替制御ユニット３の内部に挿入された上記連結部２２ｂの先端の６つの接続部２２ｅからそれぞれ適宜の配線を介して接続されている。またＩＧＢＴモジュール３３は、ダイオードモジュール３２と制御回路基板３４にそれぞれ適宜の配線を介して接続している（これらの配線は図示を省略）。これらのうち、上記連結部２２ｂ、ダイオードモジュール３２、及びＩＧＢＴモジュール３３には、上記高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７を介して大きな電流が流れるため、高い温度に発熱する。このため、これら連結部２２ｂ、ダイオードモジュール３２、及びＩＧＢＴモジュール３３は、切替制御ユニットフレーム３１に設けられた水冷冷却室３５を構成する部材に接触させて吸熱させる必要がある。
【００３２】
図５は、上記図２中の矢視Ｄ−Ｄ線断面から見た切替制御ユニットフレーム３１の軸方向断面図であり、図６は、図５中の矢視Ｅ−Ｅ線断面から見た切替制御ユニットフレーム３１の側断面図である。つまり、図５、図６はそれぞれ主に水冷冷却室３５の軸方向断面及び側断面を表している。これら図５、図６において、水冷冷却室３５は、配線ユニット２側への開放口３１ａの周囲部分を除いた切替制御ユニットフレーム３１の外周側面の部分と、上記開放口３１ａを仕切る内壁部３１ｂとで側方を囲まれて、さらに配線ユニット２側に位置する下面壁３５ｂとその軸方向逆側の上面壁３５ａとに挟まれた密閉空間で構成されている。なお、本実施形態の例では、下面壁３５ｂと上面壁３５ａのそれぞれの内面が並行に対向するよう配置されている。
【００３３】
さらに、水冷冷却室３５の内部において、その略中心位置から上記開放口３１ａと逆側（図２中、図５中の下側）の外周側壁に渡って延設されて下面壁３５ｂと上面壁３５ａを接続する仕切り壁部３５ｃが設けられており、このため図５の平面図で見た当該水冷冷却室３５の全体は略Ｕ字型形状（図５中では上下逆向き）を備えている。この略Ｕ字形状の両端位置、つまり上記開放口３１ａと逆側で仕切り壁部３５ｃを挟んだ２箇所の位置における外周側壁がそれぞれ開口されており、それぞれノズル３７，３８が連通して設けられている。本実施形態の例では、図５中の左側のノズル３７が当該水冷冷却室３５の内部に冷却水を供給する供給口ノズル３７として機能し、図５中の右側のノズル３８が当該水冷冷却室３５の内部から冷却水を排出する排出口ノズル３８として機能する。これら供給口ノズル３７と排出口ノズル３８は、それぞれ冷却水を流通させる配管を介して外部の冷却水ポンプに接続されている（配管、冷却水ポンプ共に図示省略）。
【００３４】
そして、この略Ｕ字形状の水冷冷却室３５の内部においては、供給口ノズル３７から排出口ノズル３８へ向かう方向で冷却水が流通するが、図５の平面図で見た水冷冷却室３５の形状としては、上記供給口ノズル３７と排出口ノズル３８を設けた側（つまり略Ｕ字形状の両端側）よりも上記開放口３１ａの側（つまり略Ｕ字形状の屈曲側）の方が流路幅が大きくなるように形成されている。つまり、流路幅が２つのノズル３７，３８側から流路奥側に向けて拡大するように形成されている。特に上記仕切り壁部３５ｃによって仕切られた領域においては、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されている。
【００３５】
また、水冷冷却室３５の内部には、配線ユニット２側の上面壁３５ａに複数の整流フィン３５ｄが設けられている。これら整流フィン３５ｄは、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに到達しない程度に突出した壁部であり、冷却水が流通する経路の各領域においてそれぞれ冷却水の流通方向に沿って４つ設けられている。そして上述したように、特に上記仕切り壁部３５ｃによって仕切られた領域においては、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されているため、当該領域に設けられた各整流フィン３５ｄは略放射状に配置されている。それ以外の領域では、冷却水の流通方向に沿って４つの整流フィン３５ｄが略平行に配置されている。
【００３６】
また、水冷冷却室３５の内部には、上記ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３を上面壁３５ａに接触させて固定するためのネジ穴３９を内部に有した取付部３５ｅが設けられている。各整流フィン３５ｄは、これら取付部３５ｅに干渉しない配置で設けられている。各取付部３５ｅは、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに渡って両方に接続するように設けられている。このようにしてダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３は各ネジ穴３９に螺合させたネジを介して各取付部３５ｅに固定され、水冷冷却室３５の上面壁３５ａに広い範囲で接触している。これにより、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３に大きい電流が流れて発熱しても、水冷冷却室３５に吸熱させることができる。また、同じ水冷冷却室３５でも、流路幅の広い開放口３１ａ側の領域（図２中、図５中の上側の領域）より、流路幅が狭いノズル３７，３８側の領域（図２中、図５中の下側の領域）の方が冷却水の流速が速いため冷却効率がよい。このため、図示するように、比較的発熱温度が高くなるＩＧＢＴモジュール３３をノズル３７，３８側の領域に配置し、比較的発熱温度が低いダイオードモジュール３２を開放口３１ａ側の領域に配置させている。
【００３７】
また、図２、図５に示すように、配線ユニット２から上記開放口３１ａを貫通して切替制御ユニット３の内部に挿入されている上記巻線用端子台２２の連結部２２ｂは、その側部の平坦面を水冷冷却室３５の開放口３１ａ側の上記内壁部３１ｂに接触させている。これにより、当該連結部２２ｂの内部に設けられているバスバー２２ｆに大きな電流が流れて連結部２２ｂ全体が発熱しても、水冷冷却室３５に吸熱させることができる。また、電源用端子台２３もまた電流が流れた際に発熱する部材であるため、上記図２に示すようにその断面略Ｌ字形状の先端部を水冷冷却室３５の下面壁３５ｂに接触させることで吸熱できる。また、特に図示しないが、電動機本体１の内部に設けられたレゾルバ１５に接続された配線が、配線ユニットフレーム２１の上記連通穴２１ｅ及び切替制御ユニットフレーム３１の開放口３１ａを介して配線され、制御回路基板３４に接続されている。
【００３８】
以上のように構成された電動機１００の全体を見ると、上述したように、電動機本体１と、配線ユニット２と、切替制御ユニット３と、蓋部４とを、この順序で重ねて連結した構成である。このうち、巻線を有する固定子１４を内部に備えた電動機本体１が最も発熱量が大きく、それに次いでダイオードモジュール３２及びＩＧＢＴモジュール３３を内部に備えた切替制御ユニット３の発熱量が高い。配線ユニット２は、内部に備えた各端子台２２，２３や各ケーブル２６，２７，２８が大きな電流を流すことで発熱するものの、ユニット単位で見れば電動機本体１や切替制御ユニット３よりも大分発熱量が低い。これにより、配線ユニット２は、電動機本体１から切替制御ユニット３への熱の伝達を遮断する断熱室として機能する。
【００３９】
以上において、冷却水（特に図示せず）が各請求項記載の冷媒に相当し、水冷冷却室３５が各請求項の流路に相当し、切替制御ユニットフレーム３１が各請求項記載の筐体に相当し、ダイオードモジュール３２とＩＧＢＴモジュール３３が各請求項記載の電子部品に相当し、上面壁３５ａの上側（図２中の右側、図６中の上側）の面が各請求項記載の搭載面に相当し、開放口３１ａの周囲部分を除いた切替制御ユニットフレーム３１の外周側面の部分と内壁部３１ｂとを併せた側面が各請求項記載の側面に相当し、切替制御ユニットフレーム３１のうちのノズル３７，３８を設けた側が各請求項記載の筐体の一方側に相当し、切替制御ユニットフレーム３１のうちの開放口３１ａを設けた側が各請求項記載の筐体の他方側に相当し、供給口ノズル３７が各請求項記載の開口部及び供給口に相当し、排出口ノズル３８が各請求項記載の開口部及び排出口に相当し、水冷冷却室３５を含めた切替制御ユニットフレーム３１の全体が各請求項記載の電子部品冷却ユニットに相当する。また、仕切り壁部３５ｃが各請求項記載の仕切り板に相当し、内壁部３１ｂの開放口３１ａ側の側面が各請求項記載の冷却面に相当し、整流フィン３５ｄが各請求項記載の整流板に相当し、電動機１００全体が各請求項記載の回転電機に相当し、切替制御ユニット３が各請求項記載の巻線切替器に相当し、出力軸１２が各請求項記載のシャフトに相当する。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の電動機１００によれば、冷却水を循環させる水冷冷却室３５が切替制御ユニットフレーム３１内部に形成されている。この水冷冷却室３５は、切替制御ユニットフレーム３１の供給口ノズル３７と排出口ノズル３８を両端とした略Ｕ字型形状であり、上面壁３５ａの上側（図２中の右側、図４中の手前側）の面から見た流路幅が、切替制御ユニットフレーム３１のノズル３７，３８側よりも開放口３１ａ側の方が大きくなるように、形成されている。すなわち、流路幅が開口部から流路奥側に向けて拡大するように形成されている。
【００４１】
このような流路形状とすることにより、途中の流路幅がほぼ一定であるＵ字型流路に比べ、ダイオードモジュール３２やＩＧＢＴモジュール３３などの電子部品を冷却可能な搭載面の面積（冷却面の面積；この例では上面壁３５ａの面積）を増大することができる。その結果、複数の電子部品を十分に冷却することが可能となるので、冷却性能を向上することができる。
【００４２】
なお、冷却面の面積を広くするために流路を広範囲で蛇行させる構成も考えられるが、この場合には次のような問題が生じうる。すなわち、内部に流路を有する筐体を、ダイカスト工法などの鋳造法により中子を用いて一体成形する場合、自己崩壊性の中子を用いて鋳造後に砂状となった中子を開口部より排出するのが一般的である。しかしながら、蛇行状の流路を形成した場合には、中子が排出されにくくなり、排出作業に手間を要することになる。これに対し、本発明では流路がＵ字状であるため、開口部側を下方に向けることで中子を容易に排出することができる。したがって、上記構成に比べ、製作性の点で優位である。
【００４３】
また、本実施形態によれば、切替制御ユニットフレーム３１の水冷冷却室３５内に、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて延設され、流路の供給口と排出口とを仕切る仕切り壁部３５ｃが設けられている。そして、水冷冷却室３５は、仕切り壁部３５ｃにより仕切られた領域において、ノズル３７，３８側より開放口３１ａ側に向けて流路幅が拡大するように形成されている。
【００４４】
このような構成により、冷却水の流れは次のようになる。すなわち、供給口ノズル３７より水冷冷却室３５に供給された冷却水は、仕切り壁部３５ｃによる仕切り領域において流路幅の拡大により流速を減速させつつ流路を流れ、仕切り壁部３５ｃが設置されていない領域で流れ方向を反転させ、再び仕切り領域において流路幅の縮小により流速を加速させつつ流路を流れ、他方の排出口ノズル３８より排出される。
【００４５】
このような流れとすることにより、冷却水の流速が変化するのは主として仕切り壁部３５ｃによる仕切り領域内となり、流れ方向が反転する領域での冷却水の流速の変化を小さく抑えることができる。その結果、冷却水の流れの乱れを抑制でき、冷却効率が低下するのを抑制することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、水冷冷却室３５の流路幅を、ノズル３７，３８側よりも開放口３１ａ側の方が大きくなるように形成することによって、上面壁３５ａだけでなく、内壁部３１ｂの側面にも電子部品を冷却可能な冷却面を形成することが可能となる。この内壁部３１ｂの冷却面により、さらに別の電子部品を冷却したり、同一の電子部品を上面壁３５ａと内壁部３１ｂの両面で冷却すること等が可能となるので、冷却性能をさらに向上することができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、切替制御ユニットフレーム３１は、冷却水の流れを整流する複数の整流フィン３５ｄを水冷冷却室３５内に有し、整流フィン３５ｄは、水冷冷却室３５が仕切り壁部３５ｃにより仕切られた領域では、略放射状に配置されており、それ以外の領域では、冷却水の流れ方向に沿って互いに略平行となるように配置されている。これにより、冷却水の流れが上述した流れとなるように整流することができる。また、整流フィン３５ｄによって水冷冷却室３５内の放熱面積を増大させることができるので、冷却効率を向上できる効果もある。
【００４８】
また、本実施形態によれば、整流フィン３５ｄは、水冷冷却室３５の上面壁３５ａ側の内壁より突出して設けられている。これにより、水冷冷却室３５内の特に電子部品を搭載する上面壁３５ａ側の放熱面積を増大させることができるので、冷却効率を一層向上できる。また、整流フィン３５ｄを、水冷冷却室３５の下面壁３５ｂの内壁との間に隙間を有するように設けることにより、水冷冷却室３５の両側の内壁に接続するように整流フィン３５ｄを設ける構成とするよりも、隙間を設ける分軽量化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、切替制御ユニットフレーム３１が複数の取付部３５ｅを有することにより、電子部品をネジ等の取付具を用いて上面壁３５ａに固定することが可能となり、固定の確実性及び作業性を向上できる。また、取付部３５ｅは切替制御ユニットフレーム３１の水冷冷却室３５内に突出するが、これと干渉しないように整流フィン３５ｄを設けることで、整流機能の低下を抑制できる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、取付部３５ｅは、水冷冷却室３５の上面壁３５ａ側の内壁及びその下面壁３５ｂ側の内壁の両方に接続するように設けられている。これにより、複数の取付部３５ｅが水冷冷却室３５内において支柱として機能するので、切替制御ユニットフレーム３１の強度を高めることができる。
【００５１】
なお上記実施形態においては、巻線用端子台２２を１つにまとめて設けたが本発明はこれに限られない。例えば、高速用ケーブル２６と低速用ケーブル２７のそれぞれに個別に対応させて２つの巻線用端子台２２を設けてもよいし、もしくは３つ以上に分割して設けてもよい。また、３本の高速用ケーブル２６が最も太く、３本の低速用ケーブル２７と３本の電源用ケーブル２８が同じ細さのケーブルとしていたが、このように２種類の太さに限定する必要はない。例えば、高速用ケーブル２６のうちの１本が最も太く、その他の高速用ケーブル２６をそれよりも細くしてもよいし、低速用ケーブル２７のうちのいずれかを細い方の高速ケーブルより太くしてもよい。つまりケーブルの太さを３種類以上としてもよい。この場合には、最も細いケーブルの配線経路が半径方向中央位置に位置しなくともよい。つまり、最も太いケーブルの配線経路を半径方向最外周位置に位置させることを原則としていればよく、それ以外の中程度の太さのケーブルを半径方向中央位置に位置させてもよい。
【００５２】
なお、切替制御ユニットフレーム３１に設けた水冷冷却室３５において、上記実施形態では下面壁３５ｂと上面壁３５ａのそれぞれの内面が平行に対向するよう配置していたが、本発明はこれに限られない。例えば、上記図６に対応する図７に示すように、側面方向から見た場合の流路幅が、ノズル３７，３８側の流路幅Ｗ１よりも開放口３１ａ側の流路幅Ｗ２の方が小さくなるよう、下面壁３５ｂＡと上面壁３５ａＡのそれぞれの内面を互いに傾けて配置してもよい。すなわち、流路の深さがノズル３７，３８側から流路奥側に向けて浅くなるように形成してもよい。このような流路形状とすることにより、図５の平面方向から見た場合の流路幅をノズル３７，３８側から流路奥側に向けて拡大しつつ、流路断面積をほぼ一定に保つことが可能となる。その結果、冷却水の流速をほぼ一定に保持することができるので、冷却効率を下げることなく、冷却面の面積を増大することができる。その結果、冷却性能をさらに向上できる。
【００５３】
また、上記構成の水冷冷却室３５は、上述した切替制御ユニット３や電動機１００以外にも適用可能であり、例えば同様に高い温度で発熱するインバータなどへの適用も有効である。また、整流フィン３５ｄについては、上面壁３５ａから下面壁３５ｂに到達しない程度に突出した壁部で設けていたが、これに限られない。例えば、下面壁３５ｂから突出させてもよいし、又は下面壁３５ｂと上面壁３５ａの両方から突出させてその間に隙間を空けるか、もしくは接続するように設けてもよい。
【００５４】
なお、図２に対応する図８に示すように、電源用端子台２３における断面略Ｌ字形状の底辺部を水冷冷却室３５の下面壁３５ｂに接触させ、当該電源用端子台２３自体を水冷冷却室３５に固定させることでさらに冷却効率を向上させてもよい。また、配線ユニット２側の部材では、各端子台２２，２３の樹脂部分の平坦面だけを水冷冷却室３５に接触させていたが、これに限られない。例えば、各ケーブル２６，２７，２８を水冷冷却室３５に接触させるよう配線してもよいし、または各端子台２２，２３の内部の金属製のバスバー２２ｆを外部に露出させてそれを水冷冷却室３５に直接接触させてもよい。この場合には、各バスバー間の絶縁を考慮した構成が必要になる。
【００５５】
なお、電動機本体フレーム１１と配線ユニットフレーム２１が別体で構成されていたが、これに限られない。例えば、特に図示しないが、電動機本体フレーム１１と配線ユニットフレーム２１とを一体に形成してもよい。この場合には、電動機本体フレーム１１の内部へのアクセスを容易とするために、上記閉塞壁１１ａを別体で構成して着脱可能にする必要がある。又は、配線ユニットフレーム２１と切替制御ユニットフレーム３１とを一体に形成してもよい。また、電動機本体１と配線ユニット２とを必ずしも隣接して連結させる必要はなく、例えばそれらの間に出力軸１２に連結したブレーキのユニット等を配置して連結させてもよい。また、電動機本体１において出力軸１２を突出させた側と逆側の軸方向端部に配線ユニット２と切替制御ユニット３を配置して連結したが、これに限られない。例えば、電動機本体１の出力軸１２を突出させた側の軸方向端部に配線ユニット２と切替制御ユニット３を配置して連結させてもよい。この場合には、配線ユニット２と切替制御ユニット３の中心位置に出力軸１２を貫通させるよう構成する必要がある。
【００５６】
また、上記実施形態では、反負荷側ブラケットとしての支持壁１１ｂと、配線ユニット２を別体としたが、例えば配線ユニット２の配線ユニットフレーム２１が支持壁を備え、ベアリング１１ｃを支持する構成としてもよい。言い換えれば、配線ユニット２が反負荷側ブラケットに設けられた構成としてもよい。これにより、電動機１００のさらなる小型化を図ることができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、回転電機が電動機である場合を一例として説明したが、これに限られず、回転電機が発電機である場合にも適用することができる。
【００５８】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００５９】
その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１                電動機本体
２                配線ユニット
３                切替制御ユニット（巻線切替器）
４                蓋部
１１              電動機本体フレーム
１１ｅ            冷却水路
１２              出力軸（シャフト）
１３              回転子
１４              固定子
１５              レゾルバ
２１              配線ユニットフレーム
２１ｃ            挿通穴
２１ｄ            挿通穴
２１ｅ            連通穴
２２              巻線用端子台
２２ｂ            連結部
２３              電源用端子台
２４              シールド板
２５              外部電源ケーブル
２６              高速用ケーブル
２７              低速用ケーブル
２８              電源用ケーブル
２９              巻回部分
３１              切替制御ユニットフレーム（筐体、電子部品冷却ユニット）
３１ａ            開放口
３１ｂ            内壁部（側面、冷却面）
３２              ダイオードモジュール（電子部品）
３３              ＩＧＢＴモジュール（電子部品）
３４              制御回路基板
３５              水冷冷却室（流路、電子部品冷却ユニット）
３５ａ            上面壁（搭載面）
３５ｂ            下面壁
３５ｃ            仕切り壁部（仕切り板）
３５ｄ            整流フィン（整流板）
３５ｅ            取付部
３７              供給口ノズル（開口部、供給口）
３８              排出口ノズル（開口部、排出口）
１００            電動機（回転電機）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005533842.tif 000008
【図８】
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