(57)【要約】   電動機装置（１）は、電動機部（１０ａ）及び電力変換部（１０ｂ）を備え、電力変換部（１０ｂ）は、開口部（２３ａ）が形成された配線基板（２３）と、配線基板（２３）を収納する筐体（２）と、電動機部の動力により回転して筐体内の気体を循環させる循環ファン（２９）とを有し、筐体は、側壁部（３）と配線基板との間の隙間部（４０）の近傍に、側壁部から内側に突出する突出部（２６）を有している。この電動機装置（１）は、熱に対する信頼性が高い。
2015151445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機部及び電力変換部が形成された筐体を備え、  前記筐体は、互いに対向する底板部及び天板部と、側壁部とで囲まれた電力変換用収納部を有し、  前記電力変換部は、配線基板と、前記電動機部の動力により回転して前記筐体の前記電力変換用収納部内の気体を循環させる循環ファンとを有し、  前記配線基板は、厚さ方向に互いに離間する第１及び第２の面と、前記第１及び第２の面に亘って貫通する開口部と、少なくとも前記第１の面に実装された複数の電子部品とを有し、  前記配線基板は、前記底板部及び側壁部から離間し、かつ前記第１の面が前記底板部から離間する状態で前記電力変換用収納部内に収納され、  前記循環ファンは、前記天板部と前記配線基板との間に前記配線基板の前記第２の面から離間して配置され、  前記筐体は、前記側壁部と前記配線基板との間の隙間部の近傍に、前記側壁部から内側に突出する突出部を有していることを特徴とする電動機装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機装置において、  前記突出部は、前記隙間部の幅方向に沿って突出していることを特徴とする電動機装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機装置において、  前記突出部は、前記隙間部において前記配線基板の厚さ方向に、前記第２の面よりも前記天板部側まで延長して形成されていることを特徴とする電動機装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動機装置において、  前記突出部は、前記配線基板の周縁部を支持していることを特徴とする電動機装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機装置において、  前記突出部は、互いに離間する状態で複数設けられていることを特徴とする電動機装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電動機装置において、  前記筐体は、前記底板部から前記配線基板に向かって突出し、かつ前記突出部よりも前記配線基板の中心側で前記配線基板を支持する基板支持体を有し、  前記基板支持体は、前記配線基板の前記第１の面側の第１の空間領域と連通すると共に、前記配線基板の前記開口部を通して前記配線基板の第２の面側の第２の空間領域と連通する流路を有することを特徴とする電動機装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電動機装置において、  前記筐体は、前記天板部と前記側壁部とが交わる角部の内側に、前記天板部の内壁面から前記側壁部の内壁面に亘って傾斜する傾斜面を有することを特徴とする電動機装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電動機装置において、  前記傾斜面は、湾曲形状または屈曲形状であることを特徴とする電動機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電動機装置に関し、特に、電力変換装置を備えた電動機装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  様々な機器の駆動源に用いられる電動機装置においては、電力変換装置を備えた電動機装置が知られている。特許文献１には、電動機部と電力変換部とを一体化し、電動機部からの動力で回転するファンを電力変換部に備えた電動機装置が開示されている。  この電動機装置は、筐体内に、筐体の底板部及び側壁部から離間する状態で配線基板を収納した構造になっている。そして、配線基板は、筐体の底板部と向かい合う第１の面に回路を構成する複数の電子部品が実装されている。そして、配線基板の第１の面とは反対側の第２の面側には、電動機部からの動力で回転するファンが配置されている。そして、配線基板の中央部には開口部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第１４１９５６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ところで、回路を構成する複数の電子部品が実装された配線基板を筐体内に収納する電動機装置においては、回路の動作により電子部品が発する熱を筐体の外部に放散させる熱放散効果を如何にして高めるかが技術的な課題の一つになっている。  そこで、熱放散効果は、特許文献１に開示の電動機装置のように、ファンの回転により筐体内に気体の循環流を生じさせ、電子部品に伝熱促進効果を与えることで高めることができる。  特許文献１に開示の電動機装置では、配線基板に開口部を設け、ファンにより筐体内に気体の循環流を生じさせる構造になっている。このような循環流構造では、ファンから出た気体は、螺旋状に流れながら筐体の側壁部に衝突した後、筐体の側壁部と配線基板との間の隙間部を通過し、配線基板の第１の面に実装された電子部品間を流れる。その後、配線基板の中央部に設けられた開口部を通過し、ファンに戻る循環流となっている。この循環流において、筐体の側壁部と配線基板との間の隙間部での気体は、側壁部の内壁面に沿って旋回する。そして、筐体の側壁部と配線基板との間の隙間部を通過した気体は、配線基板の第１の面に実装された電子部品間にほぼ一様に流入し、電子部品に伝熱促進効果を与える。【０００５】  ここで、配線基板に実装される電子部品は、その機能や特性により発熱量や耐熱温度が異なるため、発熱量が大きい電子部品においては、より伝熱促進効果を与えて温度上昇を抑制し、耐熱温度を超えないようにする必要がある。  しかしながら、特許文献１に開示の電動機装置のような環境流構造では、発熱量が大きい電子部品に特化して気体を多く供給することが困難であり、発熱量が大きい電子部品に対して許容温度を超えないように温度上昇を抑制することが困難となる。このことは、電力変換装置を備えた電動機装置の熱に対する信頼性の低下を意味する。【０００６】  特に、電力変換装置では、電力変換回路を構成する複数の電子部品が配線基板に実装される。この複数の電子部品の中には、ＩＧＢＴ（Ｉnsulated Ｇate Ｂipolar Ｔransistor）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor Ｆield Ｅffect Ｔransistor）などのパワートランジスタからなるスイッチング素子やダイオード素子を搭載した半導体装置が含まれている。このような半導体装置においては、扱う電力が大きく、発熱量も大きいため、熱に対する信頼性を高める上で、許容温度を超えないように温度上昇を抑制することが重要である。  そこで、本発明者は、電力変換部の筐体に着目し、本発明をなした。  本発明の目的は、熱に対する信頼性の高い電動機装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動機装置は、電動機部及び電力変換部が形成された筐体を備え、筐体は、互いに対向する底板部及び天板部と、側壁部とで囲まれた電力変換用収納部を有し、電力変換部は、配線基板と、電動機部の動力により回転して筐体の電力変換用収納部内の気体を循環させる循環ファンとを有し、配線基板は、厚さ方向に互いに離間する第１及び第２の面と、第１及び第２の面に亘って貫通する開口部と、少なくとも第１の面に実装された複数の電子部品とを有し、配線基板は、底板部及び側壁部から離間し、かつ第１の面が底板部から離間する状態で電力変換用収納部内に収納され、循環ファンは、天板部と配線基板との間に配線基板の第２の面から離間して配置され、筐体は、側壁部と配線基板との間の隙間部の近傍に、側壁部から内側に突出する突出部を有している。
【発明の効果】
【０００８】  本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。  本発明によれば、熱に対する信頼性の高い電動機装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る電動機装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の電動機装置の平面図である。
【図３】図１の電動機装置の底面図である。
【図４】図１の一部を拡大した断面図である。
【図５】図１のインバータモジュールの平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図７】図１の電力変換部筐体を抽出して示す斜視図である。
【図８】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る電動機装置の循環流を説明するための図((ａ)は平面図，（ｂ）は断面図)である。
【図１０】本発明の実施形態１の変形例に係る電動機装置の要部断面図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る電動機装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  以下、図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。  (実施形態１)  図１乃至図３に示すように、本発明の実施形態１に係る電動機装置１は、電動機部１０ａと電力変換部１０ｂとを備えた電力変換装置一体型電動機装置である。そして、実施形態１に係る電動機装置１は、電動機部１０ａ及び電力変換部１０ｂが形成された筐体２を備えている。
【００１１】  筐体２は、筒状側壁部３と、この筒状側壁部３の深さ方向の両端側に配置された天板部４及び底板部５と、この天板部４及び底板部５の間に配置された中間板部６とを有している。  また、筐体２は、筐体２の深さ方向に直列に配置された電動機用収納部７及び電力変換用収納部８を有している。電動機用収納部７は、筒状側壁部３と、筐体２の深さ方向に互いに離間して対向する天板部４及び中間板部６とで周囲を囲まれている。電力変換用収納部８は、筒状側壁部３と、筐体２の深さ方向に互いに離間して対向する底板部５及び中間板部６とで周囲を囲まれている。
【００１２】  ここで、中間板部６は筐体２を視点にしたときの呼び名であるが、この中間板部６においては、電動機用収納部７を視点にしたときには底板部６ａに呼び名を変え、電力変換用収納部８を視点にしたときは天板部６ｂと呼び名を変えることもある。  筐体２は、円形筒型形状からなり、導電性及び熱伝導性が良好な金属材料、例えばアルミダイキャスト（ＡＤＣ）で形成されている。電動機用収納部７及び電力変換用収納部８の各々は、筐体２をその深さ方向に向かって平面視したときの平面形状が円形状で形成されている。  ここで、筐体２の深さ方向とは、天板部４、底板部５、中間板部６などと直交する方向、即ち厚さ方向、換言すれば高さ方向を意味する。
【００１３】  電動機部１０ａは、筐体２の電動機用収納部７に収納されたロータコア１２及びステータコア１３を備えている。また、電動機部１０ａは、電動機用収納部７の内外に亘って延在し、かつ軸方向に互いに離間する２つのベアリング１５，１６を介して筐体２に回動自在に軸支されたシャフト（回転軸）１４を備えている。そして、電動機部１０ａは、回転力をシャフト１４により外部へ伝達するように構成されている。  電力変換部１０ｂには、電力変換装置としてのインバータモジュール２０が搭載されている。インバータモジュール２０は、電力を直流から交流に変換して電動機部１０ａに供給する電力変換回路を備えている。また、インバータモジュール２０は、電動機部１０ａのシャフト１４の回転数及びトルクなどの運転を制御する制御回路も備えている。
【００１４】  インバータモジュール２０は、図１、図４乃至図６に示すように、筐体２の電力変換用収納部８内に収納された配線基板２３及び循環ファン２９を備えている。循環ファン２９は、電動機部１０ａの動力により回転して筐体２の電力変換用収納部８内の気体を循環させるものである。  筐体２は、筒状側壁部３が電動機用側壁部３ａと電力変換用側壁部３ｂとに２分割できるように構成されている。そして、筐体２は、主に、電動機用側壁部３ａを含む電動機部筐体１１と、電力変換用側壁部３ｂを含む電力変換部筐体２１とで構成されている。  電動機部筐体１１は、主に、電動機用側壁部３ａ、天板部４、中間板部６（底板部６ａ）、及び電動機用収納部７を有する構成になっている。
【００１５】  電力変換部筐体２１は、電力変換用側壁部３ｂ、底板部５、及び電力変換用収納部８を有する構成になっている。また、電力変換部筐体２１は、電力変換用側壁部３ｂの開口部側にシール部２１ｃを備えている。このシール部２１ｃには、電力変換用側壁部３ｂの外側面に電力変換用側壁部３ｂの平面外周に沿ってゴム状のオーリング２８が設けられている。このシール部２１ｃは、電動機部筐体１１の開口部内に挿入されている。即ち、電動機部筐体１１と電力変換部筐体２１とは、電動機部筐体１１の開口部内に電力変換部筐体２１のシール部２１ｃを挿入することによって直列に連結され、両者の連結部はシール部２１ｃにより水密構造となる。このため、電力変換部筐体２１の電力変換用収納部８は密閉状態となる。また、電力変換部筐体２１の電力変換用収納部８は、電力変換部筐体２１が電動機部筐体１１と連結されることにより、筒状側壁部３（電動機用側壁部３ａ及び電力変換用側壁部３ｂ）、底板部５、天板部６ｂ（中間板部６）で囲まれた構造になる。
【００１６】  配線基板２３は、その厚さ方向において互いに反対側に位置する第１及び第２の面２３ｘ，２３ｙを有している。また、配線基板２３は、その周縁部よりも内側に第１及び第２の面２３ｘ，２３ｙに亘って貫通する開口部２３ａを有している。また、配線基板２３の平面形状は、図５に示すように、電力変換用収納部８の平面形状に合わせて円形状で形成されている。配線基板２３は、電力変換用収納部８の平面サイズよりも小さい平面サイズで形成されている。これは、後述するが、図１、図４乃至図６に示すように、筐体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間に隙間部４０を設けるためである。この隙間部４０及び配線基板２３の開口部２３ａは、電力変換用収納部８内に気体の循環流を発生させるためのものである。配線基板２３は、例えばガラスエポキシなどの樹脂からなる基材の表裏面に配線パターンが形成された構成になっている。  図１、図４乃至図６に示すように、配線基板２３の第１及び第２の面２３ｘ，２３ｙの各々には、電力変換回路や制御回路を構成する複数の電子部品２４，２５が実装されている。配線基板２３の第１の面２３ｘに実装された複数の電子部品２４の中には、円柱形状の電解コンデンサ２４ａが含まれている。また、複数の電子部品２４の中には、扱う電力が大きく、発熱量も大きい半導体装置としてのダイオード用半導体装置２４ｂ及びパワー半導体装置２４ｃ（図５参照）も含まれている。
【００１７】  電解コンデンサ２４ａは、ダイオード用半導体装置２４ｂ及びパワー半導体装置２４ｃを含む他の電子部品２４と比較して、配線基板２３に実装した後の背丈、即ち配線基板２３からその厚さ方向に突出する高さが極端に高くなっている。  ダイオード用半導体装置２４ｂ及びパワー半導体装置２４ｃは、詳細に図示していないが、配線基板２３に実装した後の背丈が電解コンデンサ２４ａよりも低くなっている。ダイオード用半導体装置２４ｂはダイオード素子が搭載された半導体チップを有している。パワー半導体装置２４ｃは、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタからなるスイッチング素子が搭載された半導体チップを有している。このダイオード用半導体装置２４ｂ及びパワー半導体装置２４ｃは、扱う電力が大きく、発熱量も大きいため、インバータモジュール２０を備えた電動機装置１の熱に対する信頼性を高める必要がある。そのため、ダイオード用半導体装置２４ｂ及びパワー半導体装置２４ｃは、循環流による流体を選択的に供給して伝熱促進効果を与えることが有用である。
【００１８】  配線基板２３は、筐体２の筒状側壁部３及び底板部５から離間し、かつその第１の面２３ｘが底板部５から離間する状態で筐体２の電力変換用収納部８内に収納されている。  筐体２の電力変換用収納部８は、配線基板２３を収納することにより、図１、及び図４に示すように、配線基板２３を境にして配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａと、配線基板２３の第２の面２３ｙ側の第２の空間領域８ｂとに区分けされる。第１の空間領域８ａは、図１、図４及び図６に示すように、主に、筐体２の筒状側壁部３及び底板部５と、配線基板２３とで周囲を囲まれている。第２の空間領域８ｂは、電力変換部筐体２１が電動機部筐体１１に直列に連結されているので、図１及び図４に示すように、主に、筐体２の筒状側壁部３及び天板部６ｂ（中間板部６）と、配線基板２３とで周囲を囲まれている。
【００１９】  循環ファン２９は、図１及び図４に示すように、筐体２の天板部６ｂ（中間板部６）と配線基板２３との間に配線基板２３の第２の面２３ｙから離間して配置されている。即ち、循環ファン２９は、筐体２の天板部６ｂ（中間板部６）と配線基板２３との間の第２の空間領域８ｂ内に配置されている。循環ファン２９は、シャフト１４の一端部とは反対側の他端部に固定され、シャフト１４の回転に伴って回転するようになっている。  筐体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間には、図１、図４乃至図６に示すように、上述した隙間部４０が設けられている。この隙間部４０は、図５に示すように、所定の幅Ｗで配線基板２３の外周に沿って環状に形成されている。
【００２０】  図１、図４乃至図６に示すように、筐体２は、電力変換用収納部８内において、筐体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０の近傍に、筺体２の筒状側壁部３から内側に突出する突出部２６を有している。この突出部２６は、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０の延在方向に沿って気体が流れる方向に対して気体の流れ方向を内側に選択的に変更する気体流れ変更部である。実施形態１において、突出部２６は、隙間部４０の近傍で配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａ側に設けられ、配線基板２３の第１の面２３ｘから筐体２の底板部５に亘って延在している。
【００２１】  突出部２６は、筺体２の電力変換用収納部８をその深さ方向に向かって平面視したとき、隙間部４０の幅Ｗの方向（幅方向）に沿って突出している。実施形態１では配線基板２３及び筐体２の電力変換用収納部８の平面形状は円形状で形成されているので、突出部２６は電力変換用収納部８及び配線基板２３の各々の径方向に突出している。  突出部２６は、配線基板２３の第１の面２３ｘに実装された複数の電子部品２４のうち、伝熱促進効果が要求される電子部品２４に多くの気体が選択的に供給される位置に配置されている。伝熱促進効果が要求される電子部品２４は、例えば発熱量が大きいダイオード用半導体装置２４ｂやパワー半導体装置２４ｃである。
【００２２】  突出部２６は、図５に示す数に限定されないが、例えば４つ設けられている。４つの突出部２６の各々は、配線基板２３が固定される基板固定部を有している。４つの突出部２６の各々は、図５に示すように、筺体２の電力変換用収納部８をその深さ方向に平面視したとき、筺体２の電力変換用収納部８の中心を軸にして時計回りで９０°ずらした位置に配置されている。即ち、４つの突出部２６の各々は、電力変換用収納部８の中心を直交して通る２つの直線状に配置され、互いに離間した状態で配置されている。４つの突出部２６の各々は、例えば筐体２の底板部５及び筒状側壁部３と一体に形成されている。
【００２３】  配線基板２３は、図５及び図６に示すように、筺体２の電力変換用収納部８の中に複数の突出部２６に支持された状態で収納されている。具体的には、配線基板２３は、その第１の面２３ｘが筐体２の底板部５と対向し、かつ筐体２の筒状側壁部３及び底板部５から離間した状態で４つの突出部２６に支持されている。配線基板２３は、その周縁部が４つの突出部２６の各々の基板固定部に締結部材４２によって締結固定されている。  筐体２は、図１及び図６に示すように、電力変換用収納部８内において、底板部５から上方の配線基板２３に向かって突出し、かつ突出部２６よりも内側で配線基板２３を支持する基板支持体３０を有している。基板支持体３０は、配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａと連通すると共に、配線基板２３の開口部２３ａを通して配線基板２３の第２の面２３ｙ側の第２の空間領域８ｂと連通する流路３１を有している。
【００２４】  実施形態１において、基板支持体３０は、図５に示すように、筺体２の電力変換用収納部８をその深さ方向に向かって平面視したとき、配線基板２３の中心と重なる中央部の位置、換言すれば電力変換用収納部８の中央部に１つ配置されている。  また、実施形態１において、基板支持体３０は、図１、図５乃至図８に示すように、筐体２の底板部５からその上方の配線基板２３に向かって突出すると共に、流路３１を囲むようにして互いに離間して配置された複数の突起３２で構成されている。実施形態１の基板支持体３０は３つの突起３２で構成されている。流路３１は、突起３２で囲まれた領域と、３つの突起３２の各々の間の開口部とで構成されている。３つの突起３２の各々は、例えば筐体２の底板部５と一体に形成されている。
【００２５】  基板支持体３０は、配線基板２３側の一端側に、配線基板２３の開口部２３ａ内に挿入される挿入部３３を有している。この挿入部３３は、段部３４と、この段部３４から突出する突起片３５とで構成され、配線基板２３の開口部２３ａ内に挿入されている。この挿入部３３は、筺体２の電力変換用収納部８に配線基板２３を収納するとき、配線基板２３の開口部２３ａ内に挿入されることによって、配線基板２３の位置決めがなされる。  基板支持体３０は、図７及び図６に示すように、基板締結固定部３６を有している。この基板締結固定部３６には、配線基板２３が締結部材４３によって締結固定されている。この基板締結固定部３６は、３つの突起３２のうちの１つの突起３２と一体に形成されている。
【００２６】  筐体２において、図１乃至図７に示すように、電動機部筐体１１の筒状側壁部３（電動機用側壁部３ａ）の外側には、電動機部１０ａを外気より冷却するための複数の凸状フィン１７が放射状に設けられている。また、電力変換部筐体２１の筒状側壁部３（電力変換用側壁部３ｂ）の外側には、電力変換部１０ｂを外気により冷却するための複数の凸状フィン２７が放射状に設けられている。  なお、実施形態１に係る電動機装置１は、外部から電源供給及び制御信号を配線基板２３に伝送するケーブルや、このケーブルを電力変換部筐体２１に挿入して水密保持する継手や、電力変換部１０ｂから電動機部１０ａに電源供給及び制御信号を転送するケーブル等も備えている。但し、上記ケーブルや継手は図示していない。  また、締結部材４２，４３としては、ボルトとナットとを組み合わせた部材、若しくはネジ部材を用いることができる。
【００２７】  次に、図９を用いて循環流を説明しながら、本発明の実施形態１に係る電動機装置１の効果について説明する。実施形態１では筐体２の電力変換用収納部８内を循環する気体として例えば空気が用いられている。また、電動機装置１の回転方向としては、シャフト１４を時計回りの方向に回転させている。  実施形態１に係る電動機装置１では、循環ファン２９から出た気体は、螺旋状に流れながら筐体２の筒状側壁部３に衝突した後、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０を通過する。そして、循環ファン２９から出た気体は、隙間部４０を通過した後、配線基板２３の第１の面２３ｘに実装された電子部品２４間を流れる。その後、配線基板２３の中央部に設けられた開口部２３ａを通過し、循環ファン２９に戻る循環流４５（図９（ｂ）参照）となる。
【００２８】  この循環流４５において、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０での気体は、筺体２の電力変換用収納部８をその深さ方向に向かって平面視したとき、筒状側壁部３の内壁面に沿って旋回する。即ち、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０での気体は、隙間部４０の延在方向(長手方向)、換言すれば配線基板２３の円周方向に沿って旋回する(図９（ａ）の矢印Ｌ１参照)。このとき、実施形態１に係る電動機装置１では、隙間部４０の近傍に、筒状側壁部３からその内側に突出する突出部２６が設けられているので、隙間部４０の延在方向に沿って流れる流体は突出部２６に衝突する。そして、隙間部４０の延在方向に沿って流れる流体は、この突出部２６の突出方向、即ち筒状側壁部３から内側に向かう方向に進路が変更され、この進路に沿って流れる(図９(ａ)の矢印Ｌ２参照)。したがって、実施形態１に係る電動機装置１によれば、突出部２６の位置を選択して配置することにより、伝熱促進が要求される電子部品２４に対して選択的に気体を多く供給することができる。すなわち、実施形態１に係る電動機装置１によれば、発熱量が大きい電子部品２４、例えばダイオード用半導体装置２４ｂやパワー半導体装置２４ｃに特化して気体を多く供給することができる。その結果、実施形態１に係る電動機装置１によれば、発熱量が大きい電子部品２４に対して許容温度を超えないように温度上昇を抑制することができる。また、電解コンデンサ２４ａは発熱量が小さいが、熱寿命があるため、このような電子部品２４においても選択的に気体を多く供給することで、周りの電子部品２４が発する熱で許容温度を超えないように温度上昇を抑制することができる。この結果、熱に対する信頼性の高い電動機装置１を提供することができる。
【００２９】  ここで、電動機装置１は、実施形態１のようにシャフト１４を時計回り方向Ｓ１に回転させて使用する場合もあるが、シャフト１４を時計回り方向Ｓ１とは逆方向の反時計回り方向Ｓ２に回転させて使用する場合もある。このような場合、循環ファン２９から出た気体の流れは時計回り方向Ｓ１とは逆方向の反時計回り方向Ｓ２に流れる。すると、循環ファン２９から出た気体は、突出部２６の突出方向が隙間部４０の幅Ｗ方向に対して傾斜していると、時計回り方向Ｓ１及び反時計回り方向Ｓ２の何れか一方の回転方向に対して突出部２６の突出方向が鋭角になる。その結果、循環ファン２９から出た気体は、流体損失が極端に大きくなるので、筒状側壁部３側から内側へ流れる気体の量が減少し、伝熱促進が要求される電子部品に伝熱促進効果を選択的に与えることが困難になる。
【００３０】  これに対し、実施形態１に係る電動機装置１は、隙間部４０の幅Ｗの方向に沿って突出部２６を突出させる。こうすることにより、実施形態１に係る電動機装置１は、シャフト１４、即ち循環ファン２９を時計回り方向Ｓ１及び反時計回り方向Ｓ２の何れの方向に回転させても、筒状側壁部３側から内側に流れる気体の量を均一化できる。その結果、実施形態１に係る電動機装置１は、シャフト１４（循環ファン２９）を時計回り方向Ｓ１及び反時計回り方向Ｓ２の何れの方向に回転させても、伝熱促進が要求される電子部品２４に対して選択的に気体を多く供給することができる。したがって、電動機装置１のシャフト１４の正回転および負回転の両方に対応させるには、突出部２６は隙間部４０の幅Ｗの方向に沿って突出させることが好ましい。
【００３１】  実施形態１に係る電動機装置１において、突出部２６は、隙間部４０の近傍で配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａ側に設けられている。電動機装置１の循環流４５において、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０を通過した気体は、配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａに流れ込む。そして、第１の空間領域８ａに流れ込んだ気体は、平面方向及び深さ方向に拡散しながら配線基板２３の第１の面２３ｘ側を流れるので、隙間部４０の近傍で最も流速が速い。したがって、伝熱促進効果を必要とする電子部品２４に伝熱促進効果を効率良く与えるには、実施形態１に係る電動機装置１のように、隙間部４０の近傍で配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａに設けることが好ましい。実施形態１では、突出部２６は筐体２の底板部５から配線基板２３の第１の面２３ｘまで延在しているが、少なくとも隙間部４０の近傍に突出部２６があればよく、突出部２６を必ずしも底板部５まで延ばす必要はない。
【００３２】  実施形態１に係る電動機装置１において、突出部２６は、配線基板２３の周縁部を支持している。したがって、実施形態１に係る電動機装置１によれば、配線基板２３の周縁を支持する基板周縁支持体を新たに設ける必要がないので、突出部２６の配置の自由度が向上する。  実施形態１に係る電動機装置１において、筺体２は、底板部５からその上方の配線基板２３に向かって突出し、かつ突出部２６よりも内側で配線基板２３を支持する基板支持体３０を有している。そして、基板支持体３０は、配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａと連通すると共に、配線基板２３の開口部２３ａを通して配線基板２３の第２の面２３ｙ側の第２の空間領域８ｂと連通する流路３１を有している。
【００３３】  ここで、実施形態１に係る電動機装置１とは異なり、配線基板２３の周縁部のみを突出部２６で支持した構造においては、上下振動を受けた時に突出部２６から遠い配線基板２３の中央部が大きく振動（共振）する。特に、配線基板２３の中央部に電子部品として比較的重量が重い電解コンデンサ２４ａやダイオード用半導体装置２４ｂやパワー半導体装置２４ｃが実装されている場合には振動が顕著になる。この振動により、配線基板２３の中央部付近に半田により実装された電子部品が繰り返し揺らされることで半田クラックやリード切断などの不具合が発生するおそれがある。
【００３４】  これに対し、実施形態１に係る電動機装置１では、振動に対して最も弱い配線基板２３の中央部を基板支持体３０で支持しているので、配線基板２３の振動を低減することができる。また、実施形態１に係る電動機装置１では、基板支持体３０の基板締結固定部３６に配線基板２３の中央部を締結部材４３で締結固定しているので、配線基板２３の振動を更に低下させることができる。この結果、配線基板２３の中央部付近に半田により実装された電子部品が繰り返し揺らされることで発生する半田クラックやリード切断などの不具合を抑制することができるので、電動機装置１の品質向上を図ることができる。
【００３５】  また、実施形態１に係る電動機装置１は、基板支持体３０が流路３１を有しているので、配線基板２３の振動に起因する半田クラックやリード切断などの不具合を抑制できる。それに加えて、実施形態１に係る電動機装置１は、基板支持体３０が流路３１を有しているので、配線基板２３を境にして第１の空間領域８ａから第２の空間領域８ｂに亘って気体の循環流を生じさせることができる。  また、実施形態１に係る電動機装置１は、配線基板２３の開口部２３ａと重畳して基板支持体３０が設けられている。そのため、実施形態１に係る電動機装置１は、配線基板２３の開口部２３ａと基板支持体３０とをそれぞれが重ならない位置に配置した場合と比較して、配線基板２３の第１の面２３ｘに電子部品２４を実装する実装自由度が向上する。
【００３６】  なお、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、配線基板２３の中央部を基板支持体３０で支持する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、突出部２６よりも配線基板２３の内側であれば効果が得られる。  また、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、基板支持体３０を１つ設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板支持体３０は２つ以上設けてよい。  また、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、基板支持体３０を互いに離間する３つの突起３２で構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、互いに隣り合う２つの突起の一部を連結するようにしてもよい。
【００３７】  また、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、平面形状が円形状の配線基板２３を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば平面形状が方形状若しくは多角形状の配線基板を用いてもよい。この場合、配線基板２６を収納する電力変換用収納部８の平面形状も配線基板２６の平面形状に合わせて方形状若しくは多角形状とすることが好ましい。  また、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、配線基板２３の互いに反対側に位置する第１及び第２の面２３ｘ，２３ｙの各々に電子部品２４，２５を実装した場合について説明した。しかし、本発明は上述した説明に限定されるものではなく、少なくとも、配線基板２３の片方の面、即ち筐体２の底板部５と対向する側の第１の面２３ｘに電子部品２４が実装されていればよい。
【００３８】  次に、上述した実施形態１に係る電動機装置１の変形例について、図１０を用いて説明する。  上述の実施形態１では、突出部２６が配線基板２３の第１の面２３ｘから筐体２の底板部５に亘って形成されている。  これに対し、実施形態１の変形例では、図１０に示すように、突出部２６が配線基板２３の厚さ方向において隙間部４０を横切る。即ち、突出部２６は、配線基板２３の第１の面２３ｘ側の第１の空間領域８ａから配線基板２３の第２の面２３ｙ側の第２の空間領域８ｂに亘って形成されている。具体的には、突出部２６は、隙間部４０において、配線基板２３の厚さ方向に、配線基板２３の第２の面２３ｙよりも天板部６ｂ側まで延長して形成されている。この場合においても、上述の実施形態１と同様の効果が得られる。ただし、配線基板２３よりも第２の空間領域８ｂ側に突出部２６が突出する量はできるだけ少なくすることが好ましい。これは、第２の空間領域８ｂに突出部２６が設けられていると、配線基板２３の第２の面２３ｙ側に気体が流れてしまい、配線基板２３の第１の面２３ｘ側に流れる気体の量が少なくなるからである。
【００３９】  (実施形態２)  本発明の実施形態２に係る電動機装置１Ａは、上述した実施形態１に係る電動機装置１とほぼ同様の構成になっているが、筺体２の構成が異なっている。  即ち、実施形態２に係る電動機装置１Ａの筺体２は、筒状側壁部３と天板部６ｂ(中間板部６)とが交わる角部２ａの内側に、筒状側壁部３の内側面から天板部６ｂの内側面に亘って傾斜する傾斜面２ｃを有している。実施形態２において、傾斜面２ｃは、筒状側壁部３の内側面から天板部６の内側面に亘って直線状で形成されている。
【００４０】  ここで、実施形態１に係る電動機装置１では、循環ファン２９から出た気体は、筺体２の筒状側壁部３に衝突したときに分流し、一方は配線基板２３側へ流れ、もう一方は傾斜面２ｃが無いため、筐体２の角部２ａで渦流が発生する。  これに対し、実施形態２に係る電動機装置１Ａでは、基本的には上述した実施形態１に係る電動機装置１と同様に２つの循環流が生成されるが、筐体２の角部２ａに傾斜面２ｃを設けることで、渦流を低減することができる。即ち、実施形態２に係る電動機装置１Ａは、循環ファン２９から出た気体を配線基板２３の方に効果的に流すことができるので、筺体２の電力変換用収納部８内における気体の循環量を増加することができる。この結果、更に熱に対する信頼性の高い電動機装置１Ａを提供することができる。  なお、上述の実施形態２では、傾斜面２ｃを直線状に形成した場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、傾斜面２ｃは、筒状側壁部３の内側面から天板部６ｂ（中間板部６）の内側面に亘って外側に湾曲する湾曲形状、若しくは一段又は複数段に屈曲する屈曲形状で形成してもよい。
【００４１】  以上、本発明者によってなされた発明を、上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】  以上説明したように、本発明に係る電動機装置は、熱に対する信頼性を高めることができるという効果を有し、回路を構成する複数の電子部品が実装された配線基板を筐体内に収納する電動機装置に有用である。
【符号の説明】
【００４３】  １…電動機装置、２…筺体、３…筒状側壁部、３ａ…電動機用側壁部、３ｂ…電力変換用側壁部、４…天板部、５…底板部、６…中間板部、６ａ…底板部、６ｂ…天板部、７…電動機用収納部、８…電力変換用収納部８、８ａ…第１の空間領域、８ｂ…第２の空間領域  １０ａ…電動機部、１０ｂ…電力変換部、１１…電動機部筐体、１２…ロータコア、１３…ステータコア、１４…シャフト、１５，１６…ベアリング、１７…凸状フィン  ２０…インバータモジュール（電力変換装置）、２１電力変換部筐体、２１ｃ…シール部  ２３…配線基板、２３ａ…開口部、２３ｘ…第１の面、２３ｙ…第２の面  ２４，２５…電子部品、２４ａ…電解コンデンサ、２４ｂ…ダイオード用半導体装置、２４ｃ…パワー半導体装置、２６…突出部、２７…凸状フィン、２８…オーリング、２９…循環ファン  ３０…基板支持体、３１…流路、３２…突起、３３…挿入部、３４…段部、３５…突起片、３６基板締結固定部  ４０…隙間部、４２，４３…締結部材、４５…循環流
【図１】
2015151445.tif 000003
【図２】
2015151445.tif 000004
【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】
2015151445.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2015151445.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月4日(2016.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機部及び電力変換部が形成された筐体を備え、
前記筐体は、互いに対向する底板部及び天板部と、側壁部とで囲まれた電力変換用収納部を有し、
前記電力変換部は、配線基板と、前記電動機部の動力により回転して前記筐体の前記電力変換用収納部内の気体を循環させる循環ファンとを有し、
前記配線基板は、厚さ方向に互いに離間する第１及び第２の面と、前記第１及び第２の面に亘って貫通する開口部と、少なくとも前記第１の面に実装された複数の電子部品とを有し、
前記配線基板は、前記底板部及び側壁部から離間し、かつ前記第１の面が前記底板部から離間する状態で前記電力変換用収納部内に収納され、
前記循環ファンは、前記天板部と前記配線基板との間に前記配線基板の前記第２の面から離間して配置され、
前記筐体は、前記側壁部と前記配線基板との間の隙間部の近傍に前記側壁部から内側に突出するように設けられ、かつ前記隙間部を通過するときの前記気流の流れを前記隙間部の延在方向に沿う方向から前記電子部品を介して前記開口部に向かう方向に変更する突出部を有していることを特徴とする電動機装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機装置において、
前記突出部は、前記隙間部の幅方向に沿って突出していることを特徴とする電動機装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機装置において、
前記突出部は、前記隙間部において前記配線基板の厚さ方向に、前記第２の面よりも前記天板部側まで延長して形成されていることを特徴とする電動機装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動機装置において、
前記突出部は、前記配線基板の周縁部を支持していることを特徴とする電動機装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機装置において、
前記突出部は、互いに離間する状態で複数設けられていることを特徴とする電動機装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電動機装置において、
前記筐体は、前記底板部から前記配線基板に向かって突出し、かつ前記突出部よりも前記配線基板の中心側で前記配線基板を支持する基板支持体を有し、
前記基板支持体は、前記配線基板の前記第１の面側の第１の空間領域と連通すると共に、前記配線基板の前記開口部を通して前記配線基板の第２の面側の第２の空間領域と連通する流路を有することを特徴とする電動機装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電動機装置において、
前記筐体は、前記天板部と前記側壁部とが交わる角部の内側に、前記天板部の内側面から前記側壁部の内側面に亘って傾斜する傾斜面を有することを特徴とする電動機装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電動機装置において、
前記傾斜面は、湾曲形状または屈曲形状であることを特徴とする電動機装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
ところで、回路を構成する複数の電子部品が実装された配線基板を筐体内に収納する電動機装置においては、回路の動作により電子部品が発する熱を筐体の外部に放散させる熱放散効果を如何にして高めるかが技術的な課題の一つになっている。
そこで、熱放散効果は、特許文献１に開示の電動機装置のように、ファンの回転により筐体内に気体の循環流を生じさせ、電子部品に伝熱促進効果を与えることで高めることができる。
特許文献１に開示の電動機装置では、配線基板に開口部を設け、ファンにより筐体内に気体の循環流を生じさせる構造になっている。このような循環流構造では、ファンから出た気体は、螺旋状に流れながら筐体の側壁部に衝突した後、筐体の側壁部と配線基板との間の隙間部を通過し、配線基板の第１の面に実装された電子部品間を流れる。その後、配線基板の中央部に設けられた開口部を通過し、ファンに戻る循環流となっている。この循環流において、筐体の側壁部と配線基板との間の隙間部での気体は、側壁部の内側面に沿って旋回する。そして、筐体の側壁部と配線基板との間の隙間部を通過した気体は、配線基板の第１の面に実装された電子部品間にほぼ一様に流入し、電子部品に伝熱促進効果を与える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ここで、配線基板に実装される電子部品は、その機能や特性により発熱量や耐熱温度が異なるため、発熱量が大きい電子部品においては、より伝熱促進効果を与えて温度上昇を抑制し、耐熱温度を超えないようにする必要がある。
しかしながら、特許文献１に開示の電動機装置のような循環流構造では、発熱量が大きい電子部品に特化して気体を多く供給することが困難であり、発熱量が大きい電子部品に対して許容温度を超えないように温度上昇を抑制することが困難となる。このことは、電力変換装置を備えた電動機装置の熱に対する信頼性の低下を意味する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動機装置は、電動機部及び電力変換部が形成された筐体を備え、筐体は、互いに対向する底板部及び天板部と、側壁部とで囲まれた電力変換用収納部を有し、電力変換部は、配線基板と、電動機部の動力により回転して筐体の電力変換用収納部内の気体を循環させる循環ファンとを有し、配線基板は、厚さ方向に互いに離間する第１及び第２の面と、第１及び第２の面に亘って貫通する開口部と、少なくとも第１の面に実装された複数の電子部品とを有し、配線基板は、底板部及び側壁部から離間し、かつ第１の面が底板部から離間する状態で電力変換用収納部内に収納され、循環ファンは、天板部と配線基板との間に配線基板の第２の面から離間して配置され、筐体は、側壁部と配線基板との間の隙間部の近傍に側壁部から内側に突出するように設けられ、かつ隙間部を通過するときの気流の流れを隙間部の延在方向に沿う方向から電子部品を介して開口部に向かう方向に変更する突出部を有している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
この循環流４５において、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０での気体は、筺体２の電力変換用収納部８をその深さ方向に向かって平面視したとき、筒状側壁部３の内側面に沿って旋回する。即ち、筺体２の筒状側壁部３と配線基板２３との間の隙間部４０での気体は、隙間部４０の延在方向(長手方向)、換言すれば配線基板２３の円周方向に沿って旋回する(図９（ａ）の矢印Ｌ１参照)。このとき、実施形態１に係る電動機装置１では、隙間部４０の近傍に、筒状側壁部３からその内側に突出する突出部２６が設けられているので、隙間部４０の延在方向に沿って流れる流体は突出部２６に衝突する。そして、隙間部４０の延在方向に沿って流れる流体は、この突出部２６の突出方向、即ち筒状側壁部３から内側に向かう方向に進路が変更され、この進路に沿って流れる(図９(ａ)の矢印Ｌ２参照)。したがって、実施形態１に係る電動機装置１によれば、突出部２６の位置を選択して配置することにより、伝熱促進が要求される電子部品２４に対して選択的に気体を多く供給することができる。すなわち、実施形態１に係る電動機装置１によれば、発熱量が大きい電子部品２４、例えばダイオード用半導体装置２４ｂやパワー半導体装置２４ｃに特化して気体を多く供給することができる。その結果、実施形態１に係る電動機装置１によれば、発熱量が大きい電子部品２４に対して許容温度を超えないように温度上昇を抑制することができる。また、電解コンデンサ２４ａは発熱量が小さいが、熱寿命があるため、このような電子部品２４においても選択的に気体を多く供給することで、周りの電子部品２４が発する熱で許容温度を超えないように温度上昇を抑制することができる。この結果、熱に対する信頼性の高い電動機装置１を提供することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、平面形状が円形状の配線基板２３を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば平面形状が方形状若しくは多角形状の配線基板を用いてもよい。この場合、配線基板２３を収納する電力変換用収納部８の平面形状も配線基板２３の平面形状に合わせて方形状若しくは多角形状とすることが好ましい。
また、上述した実施形態１に係る電動機装置１では、配線基板２３の互いに反対側に位置する第１及び第２の面２３ｘ，２３ｙの各々に電子部品２４，２５を実装した場合について説明した。しかし、本発明は上述した説明に限定されるものではなく、少なくとも、配線基板２３の片方の面、即ち筐体２の底板部５と対向する側の第１の面２３ｘに電子部品２４が実装されていればよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
(実施形態２)
本発明の実施形態２に係る電動機装置１Ａは、上述した実施形態１に係る電動機装置１とほぼ同様の構成になっているが、筺体２の構成が異なっている。
即ち、実施形態２に係る電動機装置１Ａの筺体２は、筒状側壁部３と天板部６ｂ(中間板部６)とが交わる角部２ａの内側に、筒状側壁部３の内側面から天板部６ｂの内側面に亘って傾斜する傾斜面２ｃを有している。実施形態２において、傾斜面２ｃは、筒状側壁部３の内側面から天板部６ｂの内側面に亘って直線状で形成されている。
【国際調査報告】
2015151445.tif 000014
2015151445.tif 000015
2015151445.tif 000016
2015151445.tif 000017