(57)【要約】      （修正有）【課題】低出力時のインバータにおける損失を低減させることができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータに、界磁コイル３１を有するステータとロータを収容するハウジング１０と、ハウジング１０内に設けられたインバータ２１と、ハウジング１０内に設けられたリアクトル２３ａを有する昇圧回路２３と、ハウジング１０内のインバータ２１及び昇圧回路２３と径方向に重なる位置に設けられた冷媒流路１１と、を備え、インバータ２１は、駆動電流又は駆動電圧を制御する制御基板２１ｂと、制御基板２１ｂよりハウジング１０側に設けられ、制御基板２１ｂからの制御に応じて界磁コイル３１に電力を供給する駆動素子とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コイルを有するステータとロータを収容するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられたインバータと、
前記ハウジング内に設けられたリアクトルを有する昇圧回路と、
前記ハウジング内の前記インバータ及び前記昇圧回路と径方向に重なる位置に設けられた冷媒流路と、を備え、
前記インバータは、駆動電流又は駆動電圧を制御する制御基板と、該制御基板よりハウジング側に設けられ、前記制御基板からの制御に応じて前記界磁コイルに電力を供給する駆動素子とを有する、
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記インバータと前記昇圧回路が前記ロータの回転中心軸方向に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記駆動素子を前記リアクトルより前記冷媒流路の上流側に配置した、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
前記昇圧回路の出力電圧を平滑化するコンデンサを前記インバータの入力電圧を平滑化するコンデンサと共通化した、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項５】
前記コンデンサを、前記駆動素子と前記リアクトルより前記冷媒流路の下流側に配置した、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記昇圧回路と前記インバータとの間の距離を、前記昇圧回路の出力電圧を前記インバータに供給する供給経路の寄生インダクタンスが所定の値以下となるようにした、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
前記コンデンサの容量を、
前記昇圧回路から前記インバータに供給される電圧のリップル率が所定の値以下となるようにした、
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に駆動力を供給するモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の動力となるモータの駆動では、インバータ回路を用いて制御する技術が知られている。例えば特許文献１には、制御回路とステータとロータが共に収容されるモータハウジング内に冷媒流路を設けたモータが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９２３７２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、特許文献１に開示された技術では、電源電圧を昇圧する昇圧回路を用いることは考慮されていない。昇圧回路では、降圧回路等と比較してサイズが大きいリアクトルを備えており、特許文献１に開示された技術では、昇圧回路を用いた場合に効率よく冷却することができない。
上述の課題に鑑み、本発明は、昇圧回路を効率よく冷却することができるモータ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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係るモータのある態様によれば、界磁コイルを有するステータとロータを収容するハウジングと、前記ハウジング内に設けられたインバータと、前記ハウジング内に設けられたリアクトルを有する昇圧回路と、前記ハウジング内の前記インバータ及び前記昇圧回路と径方向に重なる位置に設けられた冷媒流路と、を備え、前記インバータは、駆動電流又は駆動電圧を制御する制御基板と、該制御基板よりハウジング側に設けられ、前記制御基板からの制御に応じて前記界磁コイルに電力を供給する駆動素子とを有する、ことを特徴とするモータが提供される。
【発明の効果】
【０００６】
以上の構成を有する本発明によれば、昇圧回路を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態１に係るモータの構成例を示す断面図である。
【図２】ハウジングと冷媒流路の構成例を示す斜視図である。
【図３】冷媒流路を流れる冷媒の状態を示す概念図である。
【図４】昇圧回路の構成例を示す回路図である。
【図５】制御回路の配置例を示す上面図である。
【図６】モータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】モータの消費電力とモータの回転数ＮとトルクＴとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本発明をブラシレスモータに適用した実施形態１に係るモータの構成例を示す断面図である。
このモータは、ハウジング１０に収容された制御回路２０と、三相の駆動電圧に応じた駆動電流によって磁界を発生する界磁コイル３１等を有するステータ３０と、回転軸を中心に回転自在に設置されたロータ４０とを備えている。なお、以下、このように制御回路２０がステータ３０とロータ４０と共にハウジング１０に収容されるモータを機電一体型モータという。
【０００９】
ハウジング１０の内部には、例えば図２に示すように、冷媒流路１１が形成されている。この冷媒流路１１両端には、外部から冷媒を流入させる流入部１１ａと、外部に冷媒を流出させる流出部１１ｂとが設けられている。例えば図３に示すように、流入部１１ａから流入した冷媒は冷媒流路１１を流れ、流出部１１ｂから流出するようになっている。この冷媒の循環により、ハウジング１０を冷却し、ハウジング１０に接触しているステータ３０と制御回路２０を冷却するようになっている。また、ハウジング１０の上部には、制御回路２０を収容する収容部１２が設けられている。
【００１０】
また、ハウジング１０には、ステータ３０とロータ４０が収容されるモータハウスの蓋１３と、収容部１２を覆う収容部カバー１４が設けられている。モータハウス内にはロータ４０のモータシャフト４１を支えるベアリング１５、１６が取り付けられている。
制御回路２０は、ステータ３０の界磁コイル３１に供給する駆動電圧を生成するインバータ２１と、インバータ２１に供給する電圧を平滑化するコンデンサ２２と、電源電圧を昇圧する昇圧回路２３とを備えている。インバータ２１と昇圧回路２３は、冷媒流路１１とモータの径方向に重なる位置に取り付けられている。換言すると、少なくとも、冷媒流路１１は、インバータ２１及び昇圧回路２３と、ロータ４０の回転中心軸（モータシャフト４１）から離れる方向すなわちモータの径方向（図１〜図３、図５のＺ方向）に重なる位置に設けられている。これにより、モータシャフト４１の中心軸の先に冷媒流路１１を設ける必要がなく、ロータ４０の回転中心軸（モータシャフト４１の中心軸）方向の小型化に寄与することができる。
【００１１】
なお、昇圧回路２３とインバータ２１の間の距離は、昇圧回路の出力電圧を前記インバータに供給する供給経路の寄生インダクタンスが所定の値以下となるように設定している。また、コンデンサ２２は、昇圧回路２３の出力電圧を平滑化するコンデンサとインバータ２１の入力電圧を平滑化するコンデンサと共通化している。このコンデンサ２２の容量の値は、昇圧回路２３からインバータ２１に供給される電圧のリップル率が所定の値以下となるように設定している。
【００１２】
インバータ２１は、昇圧回路２３からコンデンサ２２を介して供給された電圧をスイッチングして三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電圧を生成するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）モジュール（以下、単にＩＧＢＴという）２１ａと、制御基板２１ｂと、ＩＧＢＴ２１ａ等の温度を検出する温度センサ２１ｃを備えている。ＩＧＢＴ２１ａは、制御基板２１ｂよりハウジング１０側に設けられている。制御基板２１ｂの発熱量よりＩＧＢＴ２１ａの発熱量のほうが大きいため、このような配置とすることにより、ＩＧＢＴ２１ａを効率的に冷却することができる。
また、ＩＧＢＴ２１ａは、三相の駆動電圧を生成するため、３組６個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ素子）を備えている。なお、このＩＧＢＴ素子の代わりにＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子を用いてもよい。また、ＩＧＢＴ２１ａは、冷却のためにハウジング１０の収容部１２の底面に取り付けられている。制御基板２１ｂは昇圧回路２３に要求する電圧値（要求電圧）を供給する。
【００１３】
昇圧回路２３は、例えば図４に示すように、チョッパ形の昇圧回路であり、リアクトル２３ａと、スイッチング素子等の回路部品が実装された回路基板２３ｂとを備えている。リアクトル２３ａは、降圧回路の場合に比較して大型のものであり、冷却のために回路基板２３ｂとは別にハウジング１０の収容部１２の底面に取り付けられている。この昇圧回路２３は、制御基板２１ｂからの要求電圧に応じた昇圧比で電源コネクタ２５を介して供給される電源電圧を昇圧してＩＧＢＴ２１ａに供給する。また、回路基板２３ｂには昇圧回路を構成するＦＥＴ等のスイッチング素子（Ｔｒ１，Ｔｒ２）、整流用のダイオード等（Ｄ１，Ｄ２）、制御基板２１ｂからの要求電圧に応じてスイッチング素子のオン・オフのタイミングの制御等を行う制御部ｃｔｒｌが実装されている。制御部ｃｔｒｌは、制御基板２１ｂからの要求電圧に応じてスイッチング素子のオン・オフのタイミングの制御することにより、電源電圧を要求された電圧に昇圧してＩＧＢＴ２１ａに供給する。
【００１４】
ステータ３０の界磁コイル３１は、ＩＧＢＴ２１ａからのＵ相の駆動電圧が供給される界磁コイル３１ｕと、Ｖ相の駆動電圧が供給される界磁コイル３１ｖと、Ｗ相の駆動電圧が供給される界磁コイル３１ｗを備えている。また、ステータ３０は、ロータ４０の角度を検出する位置センサ３２と、モータの温度を検出する温度センサ３３が設けられている。位置センサ３２は、例えばロータの周囲に１２０°毎に配置され、ロータ４０の磁気を検出する３つのホール素子等の磁気センサ（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）を備え、ロータ４０の角度を検出する。なお、ロータリーエンコーダ等の他の手段によってロータ４０の角度を検出するようにしてもよい。温度センサ３３は、サーミスタ等の温度検出素子を備えており、界磁コイル３１等のモータの温度を検出し、インバータ２１の制御基板２１ｂに供給する。
ロータ４０は、回転軸を中心に回動自在に設けられたモータシャフト４１と、モータシャフト４１に取り付けられた永久磁石（以下、単に磁石４２という。）とを備えている。このロータ４０は、界磁コイル３１により発生される磁界に応じてモータシャフト４１を中心として回転し、モータシャフト４１の一端（出力端）から駆動力を出力する。
【００１５】
図５は、収容部１２内の制御回路２０の配置例を示す上面図である。
なお、図５中の破線矢印は、冷媒流路１１を流れる冷媒の流れを示している。
インバータ２１と昇圧回路２３は、ロータ４０の回転中心軸（モータシャフト４１の中心軸）方向に沿って配置されている。これにより、モータシャフト４１の中心軸の先に冷媒流路１１を設ける必要がなく、モータの小型化に寄与することができる。
また、インバータ２１のＩＧＢＴ２１ａは、昇圧回路２３のリアクトル２３ａより冷媒流路１１の上流側に配置されている。ＩＧＢＴ２１ａの発熱は、リアクトル２３ａより大きいので、このような配置とすることにより、ＩＧＢＴ２１ａの冷却効率を向上させ、モータ全体としての冷却効率を向上させることができる。
また、リアクトル２３ａはコンデンサ２２より冷媒流路１１の上流側に配置されている。すなわち、コンデンサ２２は、ＩＧＢＴ２１ａとリアクトル２３ａより冷媒流路の下流側に配置されている。リアクトル２３ａの発熱は、コンデンサ２２より大きいので、このような配置とすることにより、リアクトル２３ａの冷却効率を向上させ、モータ全体としての冷却効率を向上させることができる。
【００１６】
上述のように構成されたモータは、例えば図６に示す制御システムによって駆動される。
この制御システムは、モータの動作を制御するモータコントローラ２と、車両等の速度、加速度、アクセル開度等の車両の状態に応じてトルク指示値（トルク指令）をモータコントローラ２に供給するＶＣＵ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：車両制御装置）３と、昇圧回路２３に電源電圧を供給するバッテリ４と、モータの周囲の温度等を検出する温度センサ６とを備えている。
【００１７】
ＶＣＵ３は、現在のアクセル開度、車両速度、加速あるいは減速の際の加速度等の車両の状態に応じて必要なトルクの値を示すトルク指令を生成し、モータコントローラ２に供給する。モータコントローラ２は、供給されたトルク指令に応じて制御基板２１ｂの動作を制御する。
制御基板２１ｂは、例えば位置センサ３２の検出電圧を所定の基準電圧と比較し、比較結果に応じて、ロータ４０の角度を６０°単位で検出する。また、制御基板２１ｂは位置センサ３２の検出電圧に基づいてモータの回転数を検出する。なお、モータの回転数は位置センサ３２とは別のセンサを用いて検出するようにしてもよい。
【００１８】
モータコントローラ２は、ＶＣＵ３からのトルク指令に従い、モータを駆動するために必要な必要電力を算出する。モータの回転数ＮとトルクＴとの関係は、例えば図７に示すように、モータの消費電力に応じて変化する。モータの回転数ＮとトルクＴとの関係は、例えば、消費電力が６０ｋＷのときは同図中の実線のようになるが、消費電力が８０ｋＷ、１００ｋＷ、１２０ｋＷのときは夫々破線で示すようになる。このため、モータコントローラ２は、このような関係に基づいて、トルク指令とモータの回転数に応じて、必要なトルクが得られる消費電力を必要電力として算出し、制御基板２１ｂの動作を制御する。制御基板２１ｂは、モータコントローラ２からの制御に応じて、モータの駆動に必要な電圧値と電流値を算出する。また、制御基板２１ｂは、算出した電圧値を要求電圧として昇圧回路２３の制御部ｃｔｒｌに供給する。昇圧回路２３の制御部ｃｔｒｌは、制御基板２１ｂからの要求電圧に応じてバッテリ４の電圧（ＶBATT）から所定の昇圧比で昇圧した電圧Ｖをインバータ２１に供給する。
【００１９】
制御基板２１ｂは、上述のように算出した電流値に応じてＩＧＢＴ２１ａの各スイッチング素子によるスイッチングを制御し、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電圧を生成させる。この駆動電圧は、例えば正弦波駆動の場合においてモータの界磁コイル３１（界磁コイル３１ｕ〜３１ｗ）に流れる駆動電流の平均値（以下、単に電流値という。）が所定の電流値になるようにＰＷＭ（Ｐｉｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）制御を行って生成する。制御基板２１ｂは、上述の電流値に応じて駆動電圧のパルスのデューティ比を制御する。
ＩＧＢＴ２１ａによって生成された各相の駆動電圧はステータ３０の各界磁コイル３１ｕ〜３１ｗに供給され、各界磁コイル３１ｕ〜３１ｗには駆動電圧に応じた駆動電流が流れ、界磁コイル３１ｕ〜３１ｗによる磁界とロータ４０の磁石４２との相互作用により、ロータ４０にトルクが発生する。このトルクはモータシャフト４１の出力端を介して外部に出力される。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態では、インバータと昇圧回路と重なる位置に冷媒流路を配置することにより、効率的にインバータの駆動素子と昇圧回路（特にリアクトル）を冷却することができる。これにより、モータの小型化に寄与することができる。
また、インバータと昇圧回路と冷媒流路が径方向に重なることで、モータの軸（ロータ４０の回転中心軸であるモータシャフト４１の中心軸）の出力側（４１ａ）、反出力側（４１ｂ）の先に冷媒流路を設ける必要がなく、モータの軸（ロータ４０の回転中心軸）方向の小型化に寄与することができる。
【００２１】
＜変形例＞
上述の実施形態では、正弦波駆動によりモータの駆動電圧を生成していたが、正弦波駆動の代わりに矩形波駆動によって駆動電圧を生成するようにしてもよい。
また、上述の各実施形態では、ブラシレスモータの駆動制御を行う場合について説明したが、インバータを用いて３相誘導モータ等の駆動制御を行う場合についても本発明を適用することができる。
また、上述の実施形態では、昇圧回路２３は、リアクトル２３ａと回路基板２３ｂを備える構成としていたが、回路基板２３ｂ上のスイッチング素子を回路基板２３ｂの外部に設け、スイッチング素子が収容部１２の底面に接触するように回路基板２３ｂを取り付けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１０…ハウジング、１１…冷媒流路、１２…収容部、２０…制御回路、２１…インバータ、２１ａ…ＩＧＢＴ、２１ｂ…制御基板 、２２…コンデンサ、２３…昇圧回路、２３ａ…リアクトル、２３ｂ…回路基板、３０…ステータ、３１…界磁コイル、４０…ロータ、４１…モータシャフト
【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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