(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ側冷媒流路が内蔵された筒状のフレーム、該フレームの軸方向一端に配置される負荷側エンドフレーム、および該フレームの軸方向他端に配置され、インバータ側冷媒流路が内蔵された反負荷側エンドフレームを有するハウジング、上記フレームに内嵌状態に収納、保持される円環状のステータコアおよび該ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータ、および上記負荷側エンドフレームと上記反負荷側エンドフレームとに軸支されて上記ステータの内周側に回転可能に配設されるロータを備えた回転電機と、
上記反負荷側エンドフレームの上記負荷側エンドフレームと反対側に配設されるパワーモジュール、およびパワーモジュール駆動回路を有するインバータ装置と、
上記モータ側冷媒流路と上記インバータ側冷媒流路を連通する流路を備えた第１流路変換部と、
第１冷媒給排水ポートと上記インバータ側冷媒流路を連通する流路を備えた第２流路変換部と、
第２冷媒給排水ポートと上記モータ側冷媒流路を連通する流路を備えた第３流路変換部と、を備え、
上記第１流路変換部、上記第２流路変換部および上記第３流路変換部の少なくとも１つの流路変換部の流路の一部が、上記ステータコアの軸方向他側の面と上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドにおける軸方向他端に対向する位置にある上記反負荷側エンドフレームの軸方向一端の面との間であって、上記ステータコアの外周と上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外周との間の空間に配設されていることを特徴とする機電一体モジュール。
【請求項２】
上記ステータコイルは、複数の相コイルからなり、
上記相コイルは、上記空間内の、上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外周側に配設されている上記流路変換部の周方向両側の領域で、結線導体を用いて結線処理が施され、対応する相の上記パワーモジュールに接続されていることを特徴とする請求項１記載の機電一体モジュール。
【請求項３】
上記相コイルは、周方向に近接した対応する相の１相分の上記パワーモジュールに接続されていることを特徴とする請求項２記載の機電一体モジュール。
【請求項４】
隣り合う３つの上記相コイルは、結線導体を用いて結線処理が施されて３相交流巻線を構成していることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の機電一体モジュール。
【請求項５】
上記空間内の上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外周側に配設されている上記流路変換部が、上記反負荷側エンドフレームに一体に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の機電一体モジュール。
【請求項６】
上記第１流路変換部が、上記空間内の、上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外径側に配設され、流路断面形状を漸次変えながら上記インバータ側冷媒流路の開口断面形状から上記モータ側冷媒流路の開口断面形状に変化する流路を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の機電一体モジュール。
【請求項７】
上記第２流路変換部が、上記空間内の、上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外径側に配設され、流路断面形状を漸次変えながら上記第１冷媒給排水ポートの開口断面形状から上記インバータ側冷媒流路の開口断面形状に変化する流路を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の機電一体モジュール。
【請求項８】
上記第３流路変換部が、上記空間内の、上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外径側に配設され、流路断面形状を漸次変えながら上記モータ側冷媒流路の開口断面形状から上記第２冷媒給排水ポートの開口断面形状に変化する流路を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の機電一体モジュール。
【請求項９】
上記第１流路変換部、上記第２流路変換部および上記第３流路変換部が周方向に隣り合って配置されていることを特徴とする請求項８記載の機電一体モジュール。
【請求項１０】
上記反負荷側エンドフレームには、上記第２流路変換部の流路と連通する給水口と、上記給水口と隣り合い上記第１流路変換部の流路と連通する排水口とが形成され、
上記インバータ側冷媒流路は、上記給水口に一端が連結されたＣ字状の最外周の流路と、上記排水口に一端が連結され上記最外周の流路に対して同心状に配列されたＣ字状の外周側から２番目の流路とを有し、
上記最外周の流路の他端と上記外周側から２番目の流路の他端とは、流路を流れる冷媒の流れ方向が逆方向となるように上記最外周の流路から内周側で連結されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の機電一体モジュール。
【請求項１１】
上記インバータ側冷媒流路は、上記最外周の流路に対して同心状に配列されたＣ字状の最内周の流路と、上記最内周の流路に対して同心状に配列されたＣ字状の内周側から２番目の流路とをさらに有し、
上記最内周の流路の一端は、上記最外周の流路の他端に連結され、
上記内周側から２番目の流路の一端は、上記外周側から２番目の流路の他端に連結され、
上記最内周の流路の他端は、上記内周側から２番目の流路の他端に連結されていることを特徴とする請求項１０記載の機電一体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータ装置が冷媒流路を内蔵する回転電機の軸方向の反負荷側に冷媒流路を内蔵する反負荷側エンドフレームを挟んで配置された機電一体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の機電一体モジュールは、モータ本体とインバータ装置とをヒートシンクを介して一体化して構成され、冷却液をヒートシンク内部に流通させてインバータ装置を冷却した後、冷却液をモータ本体に供給してモータ本体を冷却していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２９２７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の機電一体モジュールにおいては、インバータ装置をモータ本体の反負荷側端面上の限られた面内に配置しなければならない。そして、配置面積を大きくとるため、インバータ装置のパワーモジュールは当該面内の外径付近まで使用して配置される。ヒートシンクも、パワーモジュールを冷却するためにインバータ装置側冷媒流路を外径付近まで配し、パワーモジュールを効率よく冷却できるように構成される。【０００５】
一方、モータ本体では、モータ側冷媒流路が円筒状のフレームの周方向の全周にわたって形成される。したがって、モータ側冷媒流路は流路長が長く、圧損が高くなるため、流路断面積を大きくとり、圧損を下げるように構成される。【０００６】
このように、モータ側冷媒流路とインバータ装置側冷媒流路とに対する要求が異なるため、両者の流路断面形状が異なる。【０００７】
したがって、インバータ装置側冷媒流路とモータ側冷媒流路が接続される機電一体モジュールにおいては、全体の圧損の低減のために、インバータ装置側冷媒流路とモータ側冷媒流路との間で冷媒の分岐・合流・整流を行う流路変換部が必要となる。【０００８】
従来の機電一体モジュールでは、ヒートシンク内に形成されたインバータ装置側冷媒流路の排水口と対応するモータ本体側の部位に開口を形成し、インバータ装置側冷媒流路とモータ側冷媒流路とを直接連結していた。そこで、流路断面形状が異なる冷媒流路を直接連結することになり、連結部において流路断面形状の急減な変化が生じ、圧損の増大をもたらすという問題があった。【０００９】
この状況を鑑み、インバータ装置側冷媒流路とモータ側冷媒流路とを、モータ本体のフレームとヒートシンクの外側に配した流路変換部を介して連結することが考えられる。この場合、流路変換部は、モータ本体の外側のスペースを利用して、流路断面形状を緩やかに変えて流路断面形状の異なる２つの冷媒流路を連結することができ、圧損の増大を抑制することができる。同様に、インバータ装置側冷媒流路と外部冷媒流路との連結部、およびモータ側冷媒流路と外部冷媒流路との連結部においても、流路変換部をモータ本体のフレームやヒートシンクの外側に配することになる。【００１０】
しかしながら、流路変換部をモータ本体のフレームやヒートシンクの外側に配することになり、機電一体モジュールの大径化をもたらすという新たな問題が発生する。この問題は、特に電気自動車の駆動用モータのように径方向の大きさに制限がある場合には、顕著となる。【００１１】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、装置を大径化することなく、インバータ側冷媒流路とモータ側冷媒流路との相互の連結部、あるいは外部冷媒流路との連結部における圧損の増加を抑え、冷却能力を向上することができる機電一体モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明による機電一体モジュールは、モータ側冷媒流路が内蔵された筒状のフレーム、該フレームの軸方向一端に配置される負荷側エンドフレーム、および該フレームの軸方向他端に配置され、インバータ側冷媒流路が内蔵された反負荷側エンドフレームを有するハウジング、上記フレームに内嵌状態に収納、保持される円環状のステータコアおよび該ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータ、および上記負荷側エンドフレームと上記反負荷側エンドフレームとに軸支されて上記ステータの内周側に回転可能に配設されるロータを備えた回転電機と、上記反負荷側エンドフレームの上記負荷側エンドフレームと反対側に配設されるパワーモジュール、およびパワーモジュール駆動回路を有するインバータ装置と、上記モータ側冷媒流路と上記インバータ側冷媒流路を連通する流路を備えた第１流路変換部と、第１冷媒給排水ポートと上記インバータ側冷媒流路を連通する流路を備えた第２流路変換部と、第２冷媒給排水ポートと上記モータ側冷媒流路を連通する流路を備えた第３流路変換部と、を備えている。そして、上記第１流路変換部、上記第２流路変換部および上記第３流路変換部の少なくとも１つの流路変換部の流路の一部が、上記ステータコアの軸方向他側の面と上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドにおける軸方向他端に対向する位置にある上記反負荷側エンドフレームの軸方向一端の面との間であって、上記ステータコアの外周と上記ステータコイルの反負荷側コイルエンドの外周との間の空間に配設されている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、第１流路変換部、第２流路変換部および第３流路変換部の少なくとも１つの流路変換部の流路の一部が、ステータコアと反負荷側エンドフレームとの軸方向の間であって、ステータコアの外周とステータコイルの反負荷側コイルエンドの外周との間の空間に配設されている。そこで、装置の外径を大きくすることなく、かつ軸方向長さを長くすることなく、流路変換部を設けることができる。さらに、流路変換部の設置スペースを大きくできるので、流路変換部の流路断面形状を滑らかに変化させることができ、２つの冷媒流路を低圧損に接続することができ、冷却能力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールを示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールに適用されるモータフレームのアウターフレームを示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールに適用されるモータフレームのインナーフレームを示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおけるモータを反負荷側から見た端面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームを示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームを負荷側から見た要部端面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。
【図９】図６のＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームの冷媒流路の構造を説明する断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールに適用されるモジュールの構成を説明する模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける第３流路変換部の構成を説明する断面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。
【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ矢視断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る機電一体モジュールを示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームの冷媒流路の構造を説明する断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態４に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームを示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態４に係る機電一体モジュールに適用されるモータフレームのアウターフレームを示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態４に係る機電一体モジュールの組み立て方法を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による機電一体モジュールの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールを示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールに適用されるモータフレームのアウターフレームを示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールに適用されるモータフレームのインナーフレームを示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおけるモータを反負荷側から見た端面図、図５はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームを示す斜視図、図６はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームを負荷側から見た要部端面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図、図９は図６のＩＸ−ＩＸ矢視断面図、図１０はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームの冷媒流路の構造を説明する断面図、図１１はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールに適用されるモジュールの構成を説明する模式図、図１２はこの発明の実施の形態１に係る機電一体モジュールにおける第３流路変換部の構成を説明する断面図、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図、図１４は図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ矢視断面図である。
【００１７】
図１において、機電一体モジュール１００は、回転電機としてのモータ１と、外部から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ１に供給するインバータ装置５０と、を有し、インバータ装置５０がモータ１の反負荷側に一体に組み込まれて構成されている。
【００１８】
モータ１は、モータフレーム２と、反負荷側エンドフレーム２０と、モータフレーム２と反負荷側エンドフレーム２０とからなるハウジング内に回転可能に配設されたロータ３５と、ロータ３５を囲繞するようにモータフレーム２に取り付けられたステータ４０と、を備えている。
【００１９】
モータフレーム２は、円盤状の負荷側エンドフレーム３および負荷側エンドフレーム３の外周縁部から軸方向に突出する円筒状のフレーム４を有する有底円筒状に作製されている。負荷側軸受３０が負荷側エンドフレーム３の軸心位置に装着されている。フレーム４は、負荷側エンドフレーム３と一体に作製された円筒状のインナーフレーム５と、インナーフレーム５に外嵌状態に嵌合される円筒状のアウターフレーム１３と、を備えている。
【００２０】
インナーフレーム５は、図３に示されるように、肉薄部７を円筒状の肉厚部６の反負荷側（開口側）の外周縁部から円筒状に突出して構成され、ステータ位置決め段差８が肉厚部６の内周面の負荷側エンドフレーム３の近傍に形成されている。流路溝９が、肉厚部６の外周面に凹設されている。流路溝９は、溝方向を軸方向とする直線状の溝部が周方向に所定のピッチで配列され、周方向に配列された溝部の両端部が軸方向に関して交互に連結されてジグザグ状の溝形状に構成されている。切り欠き部１０が肉薄部７の一部を切り欠いて形成され、流路溝９の一端が切り欠き部１０に開口している。さらに、肉薄部７の切り欠き部１０の周方向一側が、流路溝９の他端を含む周方向幅で、肉厚部６と同じ肉厚に形成され、第３流路変換部１１を構成する。そして、第３流路変換部１１には、図１２に示されるように、流路断面形状を漸次変えながら、流路溝９の溝断面形状（モータ側冷媒流路１８の開口断面形状）から第２冷媒給排水ポート１７の開口断面形状に変化する流路１１ａが形成されている。
【００２１】
アウターフレーム１３は、図２に示されるように、所定厚みの円筒状に作製されている。切り欠き部１４がアウターフレーム１３の反負荷側の端部の一部を切り欠いて作製されている。さらに、第１流路変換部１５がアウターフレーム１３の反負荷側の内周面から内径側に突き出るように設けられている。第１流路変換部１５は、切り欠き部１４の周方向一側に位置し、流路１５ａが軸方向に貫通するように形成されている。この流路１５ａは、反負荷側から負荷側に向って断面形状を漸次変えながら、後述するインバータ側冷媒流路１９の排水口２８ｂと同じ断面形状から切り欠き部１０に開口する流路溝９の開口（モータ側冷媒流路１８の開口）と同じ断面形状に変化する流路形状に形成されている。また、第２冷媒給排水ポート１７が、アウターフレーム１３の反負荷側の外周面に、第１流路変換部１５の周方向の一側に位置するように立設されている。なお、アウターフレーム１３の第１流路変換部１５の反負荷側の内径が大きくなっており、反負荷側エンドフレームを保持する反負荷側エンドフレーム保持部を構成する。
【００２２】
アウターフレーム１３は、インナーフレーム５に外嵌状態に嵌合され、流路溝９の上部開口を塞口してモータ側冷媒流路１８を構成する。第１流路変換部１５が、切り欠き部１０内の周方向一側に挿入される。これにより、流路１５ａの負荷側の開口が流路溝９（モータ側冷媒流路１８）の一端開口に相対し、流路１６とモータ側冷媒流路１８とが接続される。なお、アウターフレーム１３はインナーフレーム５に溶接などにより接合され、モータ側冷媒流路１８のシール性が確保される。また、第１流路変換部１５と切り欠き部１０の端面との間にＯリング（図示せず）が設けられ、流路１５ａとモータ側冷媒流路１８との連結部のシール性が確保される。さらに、切り欠き部１０内の周方向他側と切り欠き部１４とにより、嵌合凹部が構成される。
【００２３】
第２冷媒給排水ポート１７の開口が第３流路変換部１１の流路１１ａの開口に相対し、第２冷媒給排水ポート１７とモータ側冷媒流路１８とが第３流路変換部１１を介して連結される。ここで、第２冷媒給排水ポート１７は、図１３に示されるように、円形断面に作製され、モータ側冷媒流路１８は、図１４に示されるように、矩形断面に作製されている。そして、第３流路変換部１１の流路１１ａは、モータ側冷媒流路１８の一端から第２冷媒給排水ポート１７に向って断面形状を漸次変えながら、モータ側冷媒流路１８と同じ矩形断面から第２冷媒給排水ポート１７と同じ円形断面に変わる流路形状に構成されている。第３流路変換部１１は、ステータコイル４４の反負荷側コイルエンドの径方向外方に配置されている。
【００２４】
反負荷側エンドフレーム２０は、図１、図５および図１０に示されるように、アウターフレーム１３の第１流路変換部１５の反負荷側の内径に等しい外径のリング平板状に作製され、コンデンサ収納凹部２２がその一面中央に凹設され、流路溝２３がその一面のコンデンサ収納凹部２２の外径側に凹設された基部２１と、リング平板状に作製され、一面をパワーモジュール搭載面とする冷却フレーム２４と、冷却フレーム２４の他面に、それぞれ、所定の突出高さで周方向に延びるように設けられた冷却フィン２５と、基部２１の外周面から径方向外方に、かつ他面の外周側から軸方向外方に突出するように設けられた第２流路変換部２６と、第２流路変換部２６の外周面の突出端側に立設された第１冷媒給排水ポート２７と、を備えている。
【００２５】
冷却フレーム２４は、冷却フィン２５が流路溝２３内に入るように基部２１の一面に配設され、流路溝２３の上部開口を塞口してインバータ側冷媒流路１９を構成する。なお、冷却フレーム２４は基部２１に溶接などにより接合され、インバータ側冷媒流路１９のシール性が確保される。流路溝２３は、同心状に配列された２つのＣ状溝の一端を連結した溝形状に構成され、冷却フィン２５は、流路溝２３の溝幅方向の中央に挿入され、インバータ側冷媒流路１９を並列流路に構成している。これにより、インバータ側冷媒流路１９は、図１０に示されるように、給水口２８ａから平行流れとなって、周方向に約３６０度流れた後折り返されて、その内周側を周方向に約３６０度流れて排水口２８ｂに至るように構成される。
【００２６】
インバータ側冷媒流路１９の給水口２８ａは、矩形断面に形成され、第１冷媒給排水ポート２７と軸心を含む同じ平面上の、第１冷媒給排水ポート２７の内径側に位置している。冷却フレーム２４の給水口２８ａと相対する部位には、図７に示されるように、給水口２８ａから導入された冷却水の軸方向の流れをインバータ側冷媒流路１９の流路方向に変換する凹面形状の流路変換面２４ａが形成されている。また、インバータ側冷媒流路１９の排水口２８ｂは、図６、図９および図１０に示されるように、円形断面に形成され、給水口２８ａから周方向一側にずれて、基部２１の他面の外周側に開口している。冷却フレーム２４の排水口２８ｂと相対する部位には、図９に示されるように、インバータ側冷媒流路１９を流れてきた冷却水の流れを軸方向の流れに変換する凹面形状の流路変換面２４ｂが形成されている。
【００２７】
反負荷側軸受３１が反負荷側エンドフレーム２０の基部２１の軸心位置に装着されている。貫通穴２９が、それぞれ、流路溝２３の内周側と外周側とを分離する基部２１の隔壁を軸方向に貫通するように、周方向に略等角ピッチで６つ形成されている。
【００２８】
第１冷媒給排水ポート２７は、図７に示されるように、第２流路変換部２６の流路２６ａを介してインバータ側冷媒流路１９に連結される。ここで、第１冷媒給排水ポート２７は、図８に示されるように、円形断面に作製されている。そして、第２流路変換部２６の流路２６ａは、断面形状を漸次変えながら、第１冷媒給排水ポート２７の開口と同じ円形断面からインバータ側冷媒流路１９の給水口２８ａと同じ矩形断面に変わる流路形状に構成されている。
【００２９】
なお、モータフレーム２および反負荷側エンドフレーム２０は、例えば、アルミニウムを用いてダイカストにより製造されるが、材料は良熱伝導金属であればアルミニウムに限定されず、製造方法もダイカストに限定されない。
【００３０】
ロータ３５は、電磁鋼板などの磁性薄板を積層して構成された円筒状のロータコア３６と、それぞれ、ロータコア３６を軸方向に貫通するように形成されて、周方向に等角ピッチで配設された１０個の磁石収納穴３８のそれぞれに収納、固着された１０個の永久磁石３７と、ロータコア３６の軸心位置を貫通するように挿入されてロータコア３６に固着されたシャフト３９と、ロータコア３６の軸方向両端面に配設され、永久磁石３７の抜けを阻止する一対の端板３３と、を備えている。永久磁石３７は、径方向外側の極性がＮ極とＳ極とに周方向に交互になるように配設されている。
【００３１】
ロータ３５は、シャフト３９の軸方向他端側を負荷側軸受３０を介して負荷側エンドフレーム３に支持され、シャフト３９の軸方向一端側を反負荷側軸受３１を介して反負荷側エンドフレーム２０の基部２１に支持され、ハウジング内に回転可能に配設されている。レゾルバ３２がシャフト３９の軸方向一端に取り付けられ、ロータ３５の回転位置を検出可能となっている。
【００３２】
反負荷側エンドフレーム２０は、ステータ４０およびロータ３５がフレーム４内に収納された状態で、アウターフレーム１３の反負荷側エンドフレーム保持部に内嵌状態に挿入され、焼きばめなどにより固着されている。これにより、第２流路変換部２６が切り欠き部１０，１４により構成される嵌合凹部に嵌着される。第１流路変換部１５の反負荷側の開口が反負荷側エンドフレーム２０の基部２１の他面に開口する排水口２８ｂに相対し、モータ側冷媒流路１８とインバータ側冷媒流路１９とが第１流路変換部１５を介して接続される。第１流路変換部１５と基部２１の他面との間にＯリング（図示せず）が設けられ、流路１５ａとインバータ側冷媒流路１９との連結部のシール性が確保される。
【００３３】
ステータ４０は、電磁鋼板などの磁性薄板を積層して構成され、円環状のコアバック４２、およびそれぞれコアバック４２の内周面から径方向内方に延在して、周方向に等角ピッチで配列された１２個のティース４３を有するステータコア４１と、絶縁被覆された導体線をティース４３のそれぞれに絶縁材で作製されたインシュレータ４６を介して集中巻きに巻回して作製された１２個の集中巻コイル４５から構成されるステータコイル４４と、を備えている。
【００３４】
ここで、ステータコイル４４は、図４に示されるように、反負荷側で結線導体４８ａを用いて内部結線処理（端部処理）が施されている。つまり、各集中巻コイル４５の端部がステータコア４１の反負荷側に引き出され、それぞれ、渡り線４７を用いて周方向に隣り合う２個の集中巻コイル４５を巻き方向が逆となるように直列に接続して６つの相コイルが構成される。そして、６つの相コイルの一端が結線導体４８ａを用いて互いに接続され、それぞれ、３つの相コイルがＹ結線された２つの３相交流巻線が構成される。結線導体４８ａによる６つの相コイルの接続は、第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１が配設される周方向領域を避けて行われる。すなわち、ステータコイル４４の内部結線処理は、周方向に近接して配設された第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１の周方向の両側の領域で、結線導体４８ａを用いて行われる。これらの結線導体４８ａは結線板４８に保持される。
【００３５】
ステータ４０は、ステータコア４１をインナーフレーム５の肉厚部６に反負荷側から内嵌状態に挿入され、焼きばめなどにより固着され、ロータコア３６の外周側にシャフト３９と同軸にモータフレーム２に保持されている。各相コイルの他端に接続された接続導体４８ｂが、第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１が配設される周方向の領域を避けて反負荷側に引き出される。
【００３６】
このように構成されたモータ１は、極数１０、スロット数１２のインナーロータ型の３相モータとして動作する。
【００３７】
インバータ装置５０は、図１に示されるように、冷却フレーム２４のパワーモジュール搭載面に周方向に等角ピッチで配設された６個のパワーモジュール５１と、パワーモジュール５１を駆動する回路が搭載されたパワーモジュール駆動回路基板５２と、パワーモジュール５１およびパワーモジュール駆動回路基板５２を覆うように配置されて反負荷側エンドフレーム２０にねじなどにより締着され、パワーモジュール５１およびパワーモジュール駆動回路基板５２を保護する保護カバー５３と、を備えている。
【００３８】
パワーモジュール５１は、図１１に示されるように、一端が正極側直流端子６４に接続され、他端がモジュール交流端子６７に接続された上アーム側スイッチング素子６１と、一端がモジュール交流端子６７に接続され、他端が負極側直流端子６５に接続された下アーム側スイッチング素子６２と、スイッチング素子６１，６２のそれぞれに並列に取り付けられた還流ダイオード６３と、それらを封止する樹脂封止部６８と、からなり、直流電力と１相分の交流電力との変換に対応する２in１ジュールを構成している。
【００３９】
そして、接続導体４８ｂが、それぞれ、反負荷側エンドフレーム２０に形成された貫通穴２９を通って反負荷側に引き出され、モジュール交流端子６７に接続される。コンデンサ５４が、基部２１のコンデンサ収納凹部２２に取り付けられている。保護カバー５３は、アウターフレーム１３と略等しい外径を有する有底円筒状に作製され、モータフレーム２とともに、機電一体モジュール１００の全体を覆っている。
【００４０】
このように構成される機電一体モジュール１００では、外部電源から供給された直流電力がインバータ装置５０により交流電力に変換され、ステータコイル４４に供給される。これにより、ステータ４０に回転磁界が発生される。このステータ４０の回転磁界と永久磁石３７による磁界との相互作用により回転力が発生し、ロータ３５が回転駆動され、その回転トルクがシャフト３９を介して出力される。
【００４１】
そして、冷却水が、第１冷媒給排水ポート２７に給水される。第１冷媒給排水ポート２７に給水された冷却水は、第２流路変換部２６の流路２６ａに流れ込み、流れ方向を径方向から軸方向に徐々に変えられ、給水口２８ａから反負荷側エンドフレーム２０に内蔵されたインバータ側冷媒流路１９内に流入する。インバータ側冷媒流路１９内に流入した冷却水は、流路変換面２４ａにより軸方向の流れからインバータ側冷媒流路１９の流路方向に変えられ、インバータ側冷媒流路１９を流通する。
【００４２】
そして、インバータ側冷媒流路１９を流通した冷却水は、流路変換面２４ｂにより軸方向の流れに変えられ、排水口２８ｂから第１流路変換部１５の流路１５ａに流れ込む。流路１５ａに流れ込んだ冷却水は、断面形状を徐々に変えながら、フレーム４に内蔵されたモータ側冷媒流路１８内に流入する。そして、モータ側冷媒流路１８を流通した冷却水は、第３流路変換部１１に流れ込み、流れ方向を軸方向から径方向に徐々に変えられ、第２冷媒給排水ポート１７から排水される。
【００４３】
そこで、ステータコイル４４での発熱は、ステータコア４１を介してフレーム４に伝達され、モータ側冷媒流路１８を流通する冷却水に放熱され、ステータ４０の温度上昇が抑えられる。パワーモジュール５１のスイッチング素子６１，６２での発熱は、冷却フレーム２４に伝達され、インバータ側冷媒流路１９を流通する冷却水に放熱され、パワーモジュール５１の温度上昇が抑えられる。
【００４４】
この実施の形態１では、モータ側冷媒流路１８とインバータ側冷媒流路１９とを連結する第１流路変換部１５がフレーム４、ステータコア４１および反負荷側エンドフレーム２０とにより構成される不可避な空間のステータコイル４４の反負荷側コイルエンドの外径側に配設されている。そこで、第１流路変換部１５を配設することによる大径化および軸方向の長さの増大がないので、小型の機電一体モジュール１００を実現できる。また、第１流路変換部１５の容積を大きくできるので、流路１５ａの流路断面形状を滑らかに変化させることができ、第１流路変換部１５での圧損を小さくすることができる。
【００４５】
流路１５ａは、反負荷側から負荷側に向って断面形状を漸次変えながら、インバータ側冷媒流路１９の排水口２８ｂと同じ断面形状からモータ側冷媒流路１８と同じ断面形状に変化する流路形状に形成されている。そこで、流路１５ａ内のみならず、インバータ側冷媒流路１９と流路１５ａとの連結部、およびモータ側冷媒流路１８と流路１５ａとの連結部での流路断面形状の急激な変化がなく、圧損を小さくすることができる。
【００４６】
また、第１冷媒給排水ポート２７とインバータ側冷媒流路１９とを連結する第２流路変換部２６、および第２冷媒給排水ポート１７とモータ側冷媒流路１８とを連結する第３流路変換部１１がフレーム４、ステータコア４１および反負荷側エンドフレーム２０とにより構成される不可避な空間のステータコイル４４の反負荷側コイルエンドの外径側に配設されている。そこで、第２および第３流路変換部２６，１１を配設することによる大径化および軸方向の長さの増大がないので、小型の機電一体モジュール１００を実現できる。また、第２および第３流路変換部２６，１１の容積を大きくできるので、流路２６ａ，１１ａの流路断面形状を滑らかに変化させることができ、第２および第３流路変換部２６，１１での圧損を小さくすることができる。
【００４７】
流路２６ａは、断面形状を漸次変えながら、第１冷媒給排水ポート２７の開口と同じ断面形状からインバータ側冷媒流路１９の給水口２８ａと同じ断面形状に変化する流路形状に形成されている。そこで、流路２６ａ内のみならず、第１冷媒給排水ポート２７と流路２６ａとの連結部、およびインバータ側冷媒流路１９と流路２６ａとの連結部での流路断面形状の急激な変化がなく、圧損を小さくすることができる。
【００４８】
流路１１ａは、断面形状を漸次変えながら、第２冷媒給排水ポート１７の開口と同じ断面形状からモータ側冷媒流路１８と同じ断面形状に変化する流路形状に形成されている。そこで、流路１１ａ内のみならず、第２冷媒給排水ポート１７と流路１１ａとの連結部、およびモータ側冷媒流路１８と流路１１ａとの連結部での流路断面形状の急激な変化がなく、圧損を小さくすることができる。
【００４９】
第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１が周方向に近接して配列されている。そこで、ステータコイル４４の反負荷側コイルエンドの外径側に、かつ周方向に近接して配設された第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１の周方向両側に、周方向に連続する空きスペースが形成されるので、ステータコイル４４の内部結線処理が容易となる。また、第１および第２冷媒給排水ポート２７，１７が近接するので、第１および第２冷媒給排水ポート２７，１７と外部配管との接続作業が容易となる。
【００５０】
第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１が、ステータコイル４４を結線する結線導体４８ａが配設されていない周方向領域に配設されているので、第１流路変換部１５、第２流路変換部２６および第３流路変換部１１の容積を大きくでき、流路１５ａ，２６ａ，１１ａの流路断面形状の変化を滑らかにできる。
モータ側冷媒流路１８とインバータ側冷媒流路１９とが直列に接続されているので、流路の分岐が少なくなり、冷却ムラの発生が抑えられる。
【００５１】
実施の形態２．
図１５はこの発明の実施の形態２に係る機電一体モジュールを示す断面図である。
【００５２】
図１５において、フィン溝７０が、基部２１の流路溝２３の底面に、冷却フィン２５に対応するように凹設されている。冷却フレーム２４が基部２１に取り付けられる際に、冷却フィン２５の先端がフィン溝７０に挿入され、インバータ側冷媒流路１９を構成する。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５３】
このように構成された機電一体モジュール１０１においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この機電一体モジュール１０１では、冷却フィン２５の先端が流路溝２３の底面に凹設されたフィン溝７０に挿入されている。そこで、冷却フィン２５と流路溝２３の底面との間に隙間があきにくくなり、冷却水がインバータ側冷媒流路１９内で隣の流路に漏れにくくなる。このため、インバータ側冷媒流路１９の流路内を流れる冷却水の流量が安定し、冷却性能を均一化できる。さらに、冷却フィンの位置ずれが抑えられるので、インバータ側冷媒流路１９の流路形状を高精度に作製でき、流路を流れる冷却水の流量の偏りによる冷却ムラの発生を抑えることができる。
【００５４】
実施の形態３．
図１６はこの発明の実施の形態３に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームの冷媒流路の構造を説明する断面図である。
【００５５】
図１６において、基部２１の一面に形成された流路溝２３は、同心状に配列された２つのＣ状溝の一端を連結した溝形状に構成されている。給水口２８ａが流路溝２３の一端の溝幅方向の一側と第２流路変換部２６の流路２６ａとを連通するように基部２１に形成され、排水口２８ｂが流路溝２３の一端の溝幅方向の他側から基部２１の他面に至るように基部２１に形成されている。冷却フィン２５は、流路溝２３内に挿入され、流路溝２３を溝幅方向に２分するように冷却フレーム２４の他面に立設されている。接続導体４８ｂを反負荷側に引き出す貫通穴２９が基部２１のコンデンサ収納凹部２２にコンデンサ５４の設置位置を避けて周方向に所定のピッチで形成されている。
【００５６】
冷却フレーム２４が基部２１に接合され、冷却フィン２５が流路溝２３の溝幅方向の中央に挿入され、インバータ側冷媒流路１９Ａが構成される。このインバータ側冷媒流路１９Ａは、給水口２８ａから最外周の流路を周方向に約３６０度流れ、折り返されて最内周の流路を周方向に約３６０度流れ、折り返されて内周側から２番目の流路を周方向に約３６０度流れ、折り返されて外周側から２番目の流路を周方向に約３６０度流れて排水口２８ｂに至るように構成される。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５７】
この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態３による反負荷側エンドフレーム２０Ａでは、インバータ側冷媒流路１９Ａは４重の同心円状の流路を直列に接続した流路構造となっている。そこで、インバータ側冷媒流路１９Ａは、並列流路がないので、分流が発生せず、冷却能力の均一化が図られる。また、冷却水と冷却フィン２５との接触面積が多くなり、冷却性能が向上される。
【００５８】
なお、上記実施の形態３では、インバータ側冷媒流路が径方向に４重の流路で構成されているが、径方向の流路数は４つに限定されない。この場合、冷却フィンの高さを変更し、インバータ側冷媒流路の流路断面積を、モータ側冷媒流路の流路断面積、および第１および第２冷媒給排水ポートの断面積と略等しくすることが好ましい。
【００５９】
実施の形態４．
図１７はこの発明の実施の形態４に係る機電一体モジュールにおける反負荷側エンドフレームを示す斜視図、図１８はこの発明の実施の形態４に係る機電一体モジュールに適用されるモータフレームのアウターフレームを示す斜視図、図１９はこの発明の実施の形態４に係る機電一体モジュールの組み立て方法を説明する斜視図である。
【００６０】
図１７および図１８において、反負荷側エンドフレーム２０Ｂは、周方向に所定の幅で、基部２１の外周面から径方向外方に、かつ他面の外周側から軸方向外方に突出するように設けられた流路変換部６０を備えている。第１冷媒給排水ポート２７が、流路変換部６０の外周面の突出端側に立設されている。また、図示していないが、第１流路が、インバータ側冷媒流路１９の吸水口２８ａと第１冷媒給排水ポート２７とを連通するように流路変換部６０内に形成されている。第１流路は、その断面形状を漸次変化させて、第１冷媒給排水ポート２７の開口と同じ断面形状から吸水口２８ａと同じ断面形状に変わる流路形状に構成されている。さらに、図示していないが、第２流路が、インバータ側冷媒流路１９の排水口２８ｂから軸方向に延びて流路変換部６０の負荷側端面に開口するように、第１流路から周方向に一側にずれて流路変換部６０に形成されている。第２流路は、その断面形状を漸次変化させて、排水口２８ｂと同じ断面形状から後述する切り欠き部に開口する流路溝９の開口と同じ断面形状に変わる流路形状に構成されている。このように、流路変換部６０は、実施の形態１における第１流路変換部１５と第２流路変換部２６を備えている。
【００６１】
アウターフレーム１３Ａは、その反負荷側端部の一部を、流路変換部６０と同じ周方向幅および同じ軸方向長さに切り欠いて形成された切り欠き部１４Ａを備えている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６２】
ここで、この実施の形態４による機電一体モジュールの組み立て方法について図１９を参照しつつ説明する。
【００６３】
まず、アウターフレーム１３Ａを反負荷側からインナーフレーム５に外嵌状態に嵌合させ、フレームを作製する。ついで、ステータ４０のステータコア４１をインナーフレーム５の肉厚部６に反負荷側から内嵌状態にステータ位置決め段差８に突き当たるまで挿入し、焼きばめなどにより固着させる。ついで、ロータ３５を反負荷側からステータ４０内に挿入し、パワーモジュール５１、パワーモジュール回路基板５２などが装着された反負荷側エンドフレーム２０Ｂをアウターフレーム１３Ａの反負荷側エンドフレーム保持部に装着する。これにより、シャフト３９が負荷側軸受３０および反負荷側軸受軸３１を介して負荷側エンドフレーム３および反負荷側エンドフレーム２０Ｂに支持され、ロータ３５がハウジング内に回転可能に保持される。
【００６４】
さらに、保護カバー５３が、反負荷側からパワーモジュール５１およびパワーモジュール回路基板５２などを覆うように装着され、ねじなどにより反負荷側エンドフレーム２０Ｂに固定され、機電一体モジュールが組み立てられる。
【００６５】
このように、この実施の形態４によれば、インナーフレーム５、アウターフレーム１３Ａ、ステータ４０、ロータ３５、反負荷側エンドフレーム２０Ｂ、保護カバー５３などの構成部品を、反負荷側から、すなわち軸方向の一側から順次組み付けて機電一体モジュールを組み立てることができるので、機電一体モジュールの組立性が高められる。
また、第２流路変換部が第１流路変換部ともに流路変換部６０に一体に構成されているので、第２流路変換部の第２流路とインバータ側冷媒流路１９の排水口２８ｂとの接続作業が不要となる。そこで、第２流路変換部の第２流路とインバータ側冷媒流路１９の排水口２８ｂとの接続部にＯリングなどを装着する必要がなく、機電一体モジュールの組立性が高められるとともに、冷媒流路のシール性が向上される。
【００６６】
なお、上記各実施の形態では、冷却水をインバータ側冷媒流路からモータ側冷媒流路に流すものとしているが、冷却水をモータ側冷媒流路からインバータ側冷媒流路に流してもよい。
また、上記各実施の形態では、冷媒として冷却水を用いるものとしているが、冷媒は冷却水に限定されるものではなく、例えば油や不凍液などを用いてもよい。
【００６７】
また、上記各実施の形態では、第１流路変換部、第２流路変換部および第３流路変換部のそれぞれが、流路の一側の断面形状から他側の断面形状に漸次変化する流路断面形状に形成されているが、第１流路変換部、第２流路変換部および第３流路変換部は、流路の一部あるいは全部が均一な断面形状であってもよい。
【００６８】
また、上記各実施の形態では、永久磁石が埋設されたロータを持つ永久磁石モータを用いるものとしているが、歯部が円筒形のヨーク部から外径側に突出したロータをもつスイッチドリラクタンスモータや、円筒形コアに穴をあけてフラックスバリアを設けたロータを持つシンクロナスリラクタンスモータを用いても、同様の効果が得られる。
上記各実施の形態では、６個のパワーモジュールを用いるものとしているが、パワーモジュールの個数は、モータの相数の自然数倍になっていればよい。
また、上記各実施の形態では、極数とスロット数の比を５：６とするモータを用いているが、モータの極数とスロット数の比は５：６に限定されず、例えば極数とスロット数の比を２：３や８：９とするモータを用いてもよい。
【００６９】
また、上記各実施の形態では、パワーモジュールを構成する上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子および還流ダイオードの材料について言及していないが、スイッチング素子および還流ダイオードは、ケイ素などの半導体や、炭化ケイ素、窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体を用いて作製される。例えば、スイッチング素子および還流ダイオードを炭化ケイ素、窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体を用いて作製した場合、ワイドバンドギャップ半導体が高耐熱素子であることから、冷却水はモータ側冷媒流路を流通した後、インバータ側冷媒流路に流すことができる。これにより、耐熱温度の低い部材から冷却することになり、冷却性が向上する。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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