(57)【要約】【課題】インバータの小型化を図ることができるモータユニットを提供する。【解決手段】モータユニット１は、モータ２と、モータ２と一体化され、モータ２を制御するインバータ４とを備えている。インバータ４は、ケース８と、ケース８内に配置され、ＭＯＳ素子２０が実装されるＭＯＳ基板１２と、ケース８内に配置され、コンデンサ１８が実装されるコンデンサ基板１３と、ＭＯＳ基板１２のモータ２側の面１２ｂに取り付けられ、ＭＯＳ基板１２を冷却するヒートシンク１６と、を有し、コンデンサ１８は、モータ２とインバータ４との配列方向に垂直な方向においてヒートシンク１６と対向するように、コンデンサ基板１３のモータ２側の面１３ｂに実装されている。【選択図】図２
2018183001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータと一体化され、前記モータを制御するインバータとを備えたモータユニットにおいて、
前記インバータは、
ケースと、
前記ケース内に配置され、半導体素子が実装される半導体基板と、
前記ケース内に配置され、コンデンサが実装されるコンデンサ基板と、
前記半導体基板の前記モータ側の面に取り付けられ、前記半導体基板を冷却するヒートシンクと、
を有し、
前記コンデンサは、前記モータと前記インバータとの配列方向に垂直な方向において前記ヒートシンクと対向するように、前記コンデンサ基板の前記モータ側の面に実装されていることを特徴とするモータユニット。
【請求項２】
前記コンデンサと前記ケースとの間には、放熱部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載のモータユニット。
【請求項３】
前記モータには、前記インバータを冷却するファンが取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載のモータユニット。
【請求項４】
前記ヒートシンク及び前記半導体基板の互いに対向する取付面の外形寸法が同等であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のモータユニット。
【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】
従来のモータユニットとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載のモータユニットは、回転電機と、この回転電機と一体化され、回転電機の駆動を制御する制御部とを備えている。制御部は、直流電源により供給される直流電流を交流電流に変換する電力変換器と、この電力変換器と並列に接続されたコンデンサと、電力変換器を制御する電子制御装置とを有している。電力変換器は、複数のパワー素子と複数の還流ダイオードとを有している。パワー素子は、フレーム上に実装されている。フレームにおけるパワー素子が接続された面と反対側の第１面には、第１放熱フィンが形成されている。電子制御装置は、筐体に収容された基板上に実装されている。筐体における電子制御装置が接続された面と反対側の第２面には、第２放熱フィンが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２２８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、第１放熱フィン及び第２放熱フィンは、回転軸を中心として放射状に形成されている。このため、第１放熱フィン及び第２放熱フィンは、制御部の径方向に広い領域にわたって配置されることとなる。また、上記従来技術では、コンデンサの配置については特に考慮されていないが、例えばコンデンサがフレーム上にパワー素子と共に実装される場合には、制御部の寸法が回転電機の軸方向に対して大きくならざるを得ない。以上により、制御部（インバータ）の大型化につながる。
【０００５】
本発明の目的は、インバータの小型化を図ることができるモータユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、モータと、モータと一体化され、モータを制御するインバータとを備えたモータユニットにおいて、インバータは、ケースと、ケース内に配置され、半導体素子が実装される半導体基板と、ケース内に配置され、コンデンサが実装されるコンデンサ基板と、半導体基板のモータ側の面に取り付けられ、半導体基板を冷却するヒートシンクと、を有し、コンデンサは、モータとインバータとの配列方向に垂直な方向においてヒートシンクと対向するように、コンデンサ基板のモータ側の面に実装されていることを特徴とする。
【０００７】
このようなモータユニットにおいては、半導体素子は半導体基板に実装され、コンデンサはコンデンサ基板に実装される。ここでの半導体素子は、コンデンサよりも発熱しやすい。そこで、半導体基板のモータ側の面には、半導体基板を冷却するヒートシンクが取り付けられている。このとき、ヒートシンクは半導体基板のみを冷却すればよいため、ヒートシンクの寸法を必要以上に大きくしなくて済む。また、コンデンサは、モータとインバータとの配列方向に垂直な方向においてヒートシンクと対向するように、コンデンサ基板のモータ側の面に実装されている。従って、インバータの寸法がモータとインバータとの配列方向に大きくなることが防止される。以上により、インバータの小型化を図ることができる。
【０００８】
コンデンサとケースとの間には、放熱部材が配置されていてもよい。このような構成では、コンデンサから発生した熱が放熱部材によりケースに放熱される。
【０００９】
モータには、インバータを冷却するファンが取り付けられていてもよい。このような構成では、ファンによってインバータが冷却されるため、ヒートシンクが冷却されることとなる。
【００１０】
ヒートシンク及び半導体基板の互いに対向する取付面の外形寸法が同等であってもよい。このような構成では、ヒートシンクの取付面の外形寸法が必要最小限に抑えられるため、ヒートシンクの寸法を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インバータの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータユニットを示す分解斜視図である。
【図２】図１に示されたインバータの全体構造を示す概略断面図である。
【図３】図２に示されたヒートシンクとケースとの固定構造を示す拡大断面図である。
【図４】図１に示されたファンによる冷却風の流れを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータユニットを示す分解斜視図である。図１において、本実施形態のモータユニット１は、モータ２と、このモータ２とダクト３を介して一体化され、モータ２を制御するインバータ４とを備えている。
【００１５】
モータ２は、三相交流モータである。モータ２は、ロータ及びステータを有するモータ本体３２（図４参照）と、このモータ本体３２を収容するモータケース５と、ステータに巻かれているコイルから引き出された３つのモータ端子６とを有している。モータ２には、インバータ４を冷却するファン７が取り付けられている。ファン７は、モータケース５よりもインバータ４側においてモータ本体３２の回転軸３２ａにナット３３により取り付けられている（図４参照）。回転軸３２ａの先端部の外周面には、ナット３３と螺合するネジが切られている。従って、モータ本体３２が回転すると、ファン７が回転する。
【００１６】
ダクト３は、モータケース５のインバータ４側の部分をファン７と共に覆う。インバータ４は、複数のボルト（図示せず）によりダクト３を介してモータ２に固定されている。インバータ４は、バッテリ（図示せず）からの直流電流を交流電流に変換して、モータ２のモータ本体３２の回転動作を制御する。
【００１７】
図２は、インバータ４の全体構造を示す概略断面図である。図２において、インバータ４は、アルミニウム製のケース８を備えている。ケース８は、アルミダイカストにより形成されている。
【００１８】
ケース８におけるモータ２とは反対側には、ケース８内を覆うカバー９が取り付けられている。また、ケース８の一端部には、バッテリ（図示せず）と電気的に接続されたバッテリケーブル（図示せず）が取り付けられるバッテリケーブル取付部１０が固定されている。
【００１９】
ケース８内には、モータ２の各モータ端子６が収容されるモータ端子収容部１１と、半導体基板であるＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）基板１２、コンデンサ基板１３及び制御基板１４が収容される基板収容部１５と、ヒートシンク１６が収容されるヒートシンク収容部１７と、コンデンサ１８が収容されるコンデンサ収容部１９とが設けられている。
【００２０】
モータ端子収容部１１は、ケース８の他端側（バッテリケーブル取付部１０とは反対側）に配置されている。基板収容部１５は、モータ端子収容部１１よりもバッテリケーブル取付部１０側で且つカバー９側に配置されている。ヒートシンク収容部１７は、バッテリケーブル取付部１０側で且つモータ２側（カバー９とは反対側）に配置されている。コンデンサ収容部１９は、モータ端子収容部１１とヒートシンク収容部１７との間に配置されている。
【００２１】
ＭＯＳ基板１２には、半導体素子であるＭＯＳ素子２０が実装されている。ＭＯＳ素子２０には、スイッチング素子等が含まれる。コンデンサ基板１３には、上記のコンデンサ１８が実装されている。制御基板１４には、電子制御部品２１が実装されている。
【００２２】
ＭＯＳ基板１２は、複数のボルト２２によりケース８に固定されている。ＭＯＳ素子２０は、ＭＯＳ基板１２の上面１２ａ（カバー９側の面）に実装されている。また、ＭＯＳ基板１２の上面１２ａには、端子２３を介してバスバー２４が取り付けられている。端子２３は、バッテリの端子（図示せず）と電気的に接続されている。バスバー２４は、複数のボルト２５により端子２３及びＭＯＳ基板１２を介してヒートシンク１６に固定されている。バスバー２４は、モータ端子収容部１１と基板収容部１５とを画成する壁部２６を貫通してモータ端子収容部１１まで延びて、モータ端子６と連結されている。
【００２３】
コンデンサ基板１３は、ＭＯＳ基板１２よりもカバー９側に配置されている。つまり、コンデンサ基板１３は、ＭＯＳ基板１２に対してモータ２の反対側に配置されている。また、コンデンサ基板１３は、ＭＯＳ基板１２に対してモータ端子収容部１１側にずれて配置されている。これにより、ＭＯＳ基板１２及びコンデンサ基板１３をケース８内にスペース効率良く配置することができる。コンデンサ基板１３は、複数のボルト２７によりケース８に固定されている。コンデンサ１８は、コンデンサ基板１３の下面１３ｂ（モータ２側の面）に実装されている。
【００２４】
制御基板１４は、コンデンサ基板１３よりもカバー９側に配置されている。制御基板１４は、複数のボルト２８によりケース８に固定されている。電子制御部品２１は、制御基板１４の上面１４ａ（カバー９側の面）及び下面１４ｂ（コンデンサ基板１３側の面）に実装されている。なお、図２では、制御基板１４の下面１４ｂに実装された電子制御部品２１のみが示されている。
【００２５】
ヒートシンク１６は、ＭＯＳ基板１２の下面１２ｂ（モータ２側の面）に接触するように取り付けられ、ＭＯＳ基板１２を冷却する。ヒートシンク１６は、ケース８の一部に嵌め込まれている。ヒートシンク１６の材質は、ケース８と同様に、アルミニウムである。ヒートシンク１６は、図３に示されるように、複数の放熱フィン２９を有している。
【００２６】
ヒートシンク１６の上面１６ａ（モータ２とは反対側の面）の外形寸法は、ＭＯＳ基板１２の下面１２ｂの外形寸法と同等である。なお、ここでいう同等とは、完全に等しい場合だけでなく、実質的に等しい場合も含む概念である。ヒートシンク１６の上面１６ａ及びＭＯＳ基板１２の下面１２ｂは、ヒートシンク１６及びＭＯＳ基板１２の互いに対向する取付面を構成している。
【００２７】
ヒートシンク１６は、押出成形により形成されている。これにより、ヒートシンク１６がダイカストにより形成される場合に比べて、放熱フィン２９のピッチを狭くしたり、放熱フィン２９の高さを大きくすることができる。その結果、ヒートシンク１６の放熱性能を向上させることが可能となる。
【００２８】
ヒートシンク１６は、図３に示されるように、複数のボルト２２によりケース８に固定されている。このとき、ヒートシンク１６は、ボルト２２によりＭＯＳ基板１２と一緒にケース８に締結されている。なお、ヒートシンク１６及びＭＯＳ基板１２は、ボルト２２で共締めされていなくてもよい。このようにボルト２２を用いることにより、ヒートシンク１６とケース８との固定構造を安価に実現することができる。
【００２９】
ヒートシンク１６とケース８との間には、シール部３０が介在されている。シール部３０は、シールゴムまたは液状シール剤等により形成されている。これにより、ヒートシンク１６とケース８とが密封される。
【００３０】
コンデンサ１８は、上述したように、コンデンサ基板１３の下面１３ｂに実装されている。このため、コンデンサ１８は、モータ２側、つまりヒートシンク１６と同じ側に延びている。このとき、コンデンサ１８は、モータ２とインバータ４との配列方向（Ｘ方向）に垂直な方向においてケース８を挟んでヒートシンク１６と対向するように配置されている。コンデンサ１８の先端面とケース８との間には、コンデンサ１８からの熱を放散する放熱部材３１が配置されている。
【００３１】
以上のようなモータユニット１において、ＭＯＳ素子２０から発生した熱がＭＯＳ基板１２を通ってヒートシンク１６により放熱されるため、ＭＯＳ基板１２が熱くなりにくくなる。また、コンデンサ１８から発生した熱が放熱部材３１によりケース８に放熱されるため、コンデンサ１８が熱くなりにくくなる。
【００３２】
さらに、図４に示されるように、ファン７の回転により発生した冷却風の流れによって、インバータ４が冷却される。なお、図４では、便宜上インバータ４の一部が省略されている。このとき、ヒートシンク１６が冷却風により冷却されるため、ＭＯＳ基板１２が一層熱くなりにくくなる。また、ケース８におけるコンデンサ１８の近傍部分及び放熱部材３１が冷却風により冷却されるため、コンデンサ１８が一層熱くなりにくくなる。
【００３３】
以上のように本実施形態にあっては、ＭＯＳ素子２０はＭＯＳ基板１２に実装され、コンデンサ１８はコンデンサ基板１３に実装される。ＭＯＳ素子２０は、コンデンサ１８よりも発熱しやすい。そこで、ＭＯＳ基板１２の下面１２ｂには、ＭＯＳ基板１２を冷却するヒートシンク１６が取り付けられている。このとき、ヒートシンク１６はＭＯＳ基板１２のみを冷却すればよいため、ヒートシンク１６の寸法を必要以上に大きくしなくて済む。また、コンデンサ１８は、モータ２とインバータ４との配列方向に垂直な方向においてヒートシンク１６と対向するように、コンデンサ基板１３の下面１３ｂに実装されている。従って、インバータ４の寸法がモータ２とインバータ４との配列方向に大きくなることが防止される。以上により、インバータ４の小型化を図ることができる。
【００３４】
また、ケース８は、ダイカストにより形成されている。このため、ケース８の形状及び内部レイアウトの自由度が向上する。従って、インバータ４を更に小型化することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、コンデンサ１８とケース８との間には、放熱部材３１が配置されている。従って、コンデンサ１８から発生した熱が放熱部材３１によりケース８に放熱される。これにより、コンデンサ１８を冷却することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、モータ２には、インバータ４を冷却するファン７が取り付けられている。従って、ファン７によってインバータ４が冷却されるため、ヒートシンク１６及び放熱部材３１が冷却されることとなる。これにより、ＭＯＳ基板１２及びコンデンサ１８をより冷却することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、ヒートシンク１６の上面１６ａ及びＭＯＳ基板１２の下面１２ｂの外形寸法が同等である。従って、ヒートシンク１６の上面１６ａの外形寸法が必要最小限に抑えられるため、ヒートシンク１６の寸法を小さくすることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、ボルト２２によりヒートシンク１６をケース８に固定しているが、特にその形態には限られず、接着剤等による化学的接合、或いは溶接や固相接合のような材料的接合を用いて、ヒートシンク１６をケース８に固定してもよい。この場合には、ヒートシンク１６とケース８との接合と同時に、ヒートシンク１６とケース８とのシール性を確保することができる。また、ボルト２２及びシール部３０が不要となるため、インバータ４の簡素化を図ることができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、ヒートシンク１６の上面１６ａの外形寸法がＭＯＳ基板１２の下面１２ｂの外形寸法と同等であるが、特にその形態には限られず、ヒートシンク１６の上面１６ａの外形寸法は、ＭＯＳ基板１２の下面１２ｂの外形寸法と異なっていてもよい。この場合でも、ヒートシンク１６はＭＯＳ基板１２のみを冷却すればよいため、従来に比べてヒートシンク１６の寸法を小さくすることができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、ヒートシンク１６がＭＯＳ基板１２の下面１２ｂに接触するように取り付けられているが、特にその形態には限られず、ヒートシンク１６は、ＭＯＳ基板１２の下面１２ｂに伝熱部材を介して取り付けられていてもよい。
【００４１】
さらに、上記実施形態では、コンデンサ基板１３がＭＯＳ基板１２に対してモータ２の反対側に配置されているが、特にその形態には限られず、コンデンサ基板１３は、ＭＯＳ基板１２よりもモータ２側に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…モータユニット、２…モータ、４…インバータ、７…ファン、８…ケース、１２…ＭＯＳ基板（半導体基板）、１２ｂ…下面（取付面）、１３…コンデンサ基板、１３ｂ…下面、１６…ヒートシンク、１６ａ…上面（取付面）、１８…コンデンサ、２０…ＭＯＳ素子（半導体素子）、３１…放熱部材。
【図１】
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【図２】
2018183001.tif 000004
【図３】
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【図４】
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