(57)【要約】【課題】自動車内のスペース効率を向上する。【解決手段】軽量化等を目的としてロータ１１の側面に側方開放の略円環状の溝１２が形成されている場合に、インバータ装置１３を円環形状に沿った形状に形成し、溝１２内にインバータ装置１３の一部または全部を遊嵌する。従来インバータ装置に必要とされたスペース容量を節約することができ、スペース効率を向上できる。またこのようにすることで、ロータ１１の冷却のための機構とインバータ装置１３の冷却のための機構とを共有化でき、個々の機構が不要となる分、スペース効率を向上でき、且つ冷媒の供給補充等の管理も容易となる。【選択図】図１
2005176500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの側面に、側方に開放した略円環状の溝が形成されたモータ装置に接続されて、直流電流を交流電流に変換して前記モータ装置に供給するインバータ装置であって、
少なくとも一部が、前記ロータの前記溝に遊嵌されるよう、当該溝の形状に対応して円環状に沿って形成されたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置であって、自動車に搭載されることを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの側面に、側方に開放した略円環状の溝が形成されたモータ装置に接続されるインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような直流電源でモータ等を駆動する自動車が開発され、駆動源としてのモータや直流電源からの電流を交流へ変換するインバータ装置の開発が注目されている。
【０００３】
図４は、車両駆動用のモータＭを駆動するための駆動電流を生成するインバータ装置１の一般的な構成を示す回路図である。ここで図示されたインバータ装置１は、平滑化コンデンサ等を備えるとともに電源であるバッテリから入力される電圧を昇圧したりモータＭからの回生電流を降圧してバッテリ側に与えたりする電圧変換回路２と、この電圧変換回路２から出力される電力に基づいてスイッチ切替によりモータＭを駆動するための駆動電流（例えば３相交流電流）を生成してモータＭに与えるスイッチユニット３とを備える。
【０００４】
スイッチユニット３は、第１〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と、フライホイール用の第１〜第６のダイオードＤ１〜Ｄ６とを備えており、モータＭとの電気接続はＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応した第１〜第３の接続部Ｔ１〜Ｔ３を介して行われる。
【０００５】
第１〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６としては、例えば例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。
【０００６】
第１〜第３のダイオードＤ１〜Ｄ３は、対応する第１〜第３のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３と並列関係をなし、正側に向けて順方向となるように接続されている。また第４〜第６のダイオードＤ４〜Ｄ６は、対応する第４〜第６のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６と並列関係をなし、第１〜第３の接続部Ｔ１〜Ｔ３側に向けて順方向となるように接続されている。
【０００７】
そして、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がオン、オフされることにより、電圧変換回路２から与えられる直流電流が３相交流電流に変換されてモータＭに供給されるようになっている。
【０００８】
ここで、自動車に搭載されるモータＭを図５に示す。このモータＭの内部のロータ（回転子）５では、モータＭの軽量化を目的として、不要とされる表面の材料部分が環状にくり抜かれて凹んだ空間（溝）６が形成されている。尚、図５中の符号７はステータ（固定子）、符号８はコイル、符号９はロータの回転軸９ａ内に形成された流路に流される冷媒をそれぞれ示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような直流電源でモータ等を駆動する自動車においては、まず上述のモータＭが当然に必須の要素であり、特に直流電源であるバッテリを使用して交流で動作するモータＭを駆動させる場合には、モータＭへ電流を供給するためには直流を交流に変換するインバータ装置１が必須である。しかしながら、車載スペースは限られた量しかなく、インバータ装置１の設置により自動車内のスペースが削られてしまうことから、各要素の設置スペースを少しでも削減したいという要請があった。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、自動車内のスペース効率を向上し得るインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、ロータの側面に、側方に開放した略円環状の溝が形成されたモータ装置に接続されて、直流電流を交流電流に変換して前記モータ装置に供給するインバータ装置であって、少なくとも一部が、前記ロータの前記溝に遊嵌されるよう、当該溝の形状に対応して円環状に沿って形成されたものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインバータ装置であって、自動車に搭載されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明のインバータ装置は、軽量化等を目的としてロータの側面に側方開放の略円環状の溝を形成したモータ装置に対して、この溝内にインバータ装置の少なくとも一部を遊嵌することが可能であるので、従来インバータ装置に必要とされたスペース容量を節約することができ、スペース効率を向上することができる。
【００１４】
また、ロータの溝に所定の冷媒を噴出してこれを計客する冷媒噴出手段が設けられている場合には、この冷媒噴出手段により同時にインバータ装置の少なくとも一部をも冷却できる。したがって、ロータの冷却のための機構とインバータ装置の少なくとも一部の冷却のための機構とを共有化でき、個々の機構が不要となる分、スペース効率を向上でき、且つ冷媒の供給補充等の管理も容易となる。
【００１５】
この場合、特に請求項２のように自動車に搭載されるインバータ装置であって、軽量化の要請により溝が形成されたモータ装置に適用される場合に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一の実施形態に係るモータ装置用のインバータ装置の概略を示す断面図である。このインバータ装置１３は、図１の如く、モータ装置の回転可能なロータ（回転子）１１において、軽量化等のために不要とされる側面の材料部分が円環状にくり抜かれて側方に開放するよう凹んだ空間（溝）１２が形成されていることに着目し、この溝１２の部分に遊嵌設置するようにインバータ装置１３を構成することにより、車載スペース容量の節約を行うものである。
【００１７】
具体的に、この実施形態で適用されるモータ装置は、モータの回転部分となるロータ１１と、このロータ１１の円周の外側に配置されるステータ（固定子）１４と、インバータ装置１３とを備えており、ステータ１４のコイル１５にインバータ装置１３から通電を行うことにより発生する磁力と、永久磁石を備えたロータ１１とが反発することにより回転するようになっている。
【００１８】
ロータ１１は一般に、軽量化等を目的として、不要とされる側面の材料部分がくり扱かれて凹んだ空間（溝）１２が形成されている。この溝１２は、円環状に形成されている。
【００１９】
尚、符号１６はロータ１１の回転軸、符号１７は回転軸１６内に形成された流路１７ａ内を流れる冷媒をそれぞれ示している。即ち、ロータ１１の回転軸１６は中空状の略パイプ状に形成されており、特に、冷媒１７を流す流路１７ａは、ロータ１１の回転軸１６から溝１２側に通じるバイパス１８（冷媒噴出手段）が形成されている。したがって、ロータ１１が回転するときには、このバイパス１８から冷媒１７がロータ１１の溝１２に遠心力で噴出されるように構成されている。尚、冷媒１７としては、例えば冷却水または冷却油等の液状冷媒等が使用される。
【００２０】
そして、この実施形態に係るインバータ装置１３は、ロータ１１の側面に形成された円環状の溝１２に非接触で遊嵌されるよう、当該溝１２の形状に対応して、図２のように円環状に形成されている。
【００２１】
具体的に、このインバータ装置１３は、図４に示した一般的な回路構成のもので、平滑化コンデンサ等を備えるとともに電源であるバッテリから入力される電圧を昇圧したりモータＭからの回生電流を降圧してバッテリ側に与えたりする電圧変換回路２と、この電圧変換回路２から出力される電力に基づいてスイッチ切替によりモータＭを駆動するための駆動電流（例えば３相交流電流）を生成してモータＭに与えるスイッチユニット３とを備える。電圧変換回路２とスイッチユニット３とは、図３に示すように、中央部がくり抜かれた略円板状の実装基板２１に、種々の電気部品２２、即ち、絶縁ゲート型トランジスタ（ＩＧＢＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、ワイドバンドギャップ型半導体（ＳｉＣ，ＧａＮ，Ｃ）等の半導体素子やダイオード等のスイッチユニット３内の各要素部品や、コンデンサ等の電圧変換回路２内の種々の要素部品が実装され、これらが略円環状の保護ケース２３によって覆われている。保護ケース２３は、その内周壁２３ａと外周壁２３ｂと側壁２３ｃとを備えて一体的に構成されており、実装基板２１と保護ケース２３とが内部の各電気部品２２を閉塞することで、ロータ１１の溝１２から各電気部品２２が水密状に保護される。尚、このインバータ装置１３は、実装基板２１または保護ケース２３が、ステータ１４を保持する保持体（図示省略）によって自動車の所定の部位に支持固定される。
【００２２】
そして、上述のように、ロータ１１の冷媒１７を流す流路１７ａには、上述のように、ロータ１１の回転軸１６から溝１２側に通じるバイパス１８（冷媒噴出手段）が形成されているが、このバイパス１８の冷媒１７を噴出する方向が、溝１２内に遊嵌されたインバータ装置１３にも向けられて設定されている。このため、この冷媒１７が溝１２内に噴出される際には、溝１２内に収納されているインバータ装置１３も併せて冷媒１７により冷却されるように配置されている。
【００２３】
尚、図２中の符号３１ｕ，３１ｖ，３１ｗは、インバータ装置１３の各スイッチユニット３の各接続部Ｔ１〜Ｔ３とステータ１４の各相の各コイル１５とを結線するための電線、符号３２ｐ，３２ｎはインバータ装置１３の電圧変換回路２と電源の正極（＋）及び負極（−）とをそれぞれ結線するための電線を示している。
【００２４】
上記構成のインバータ装置１３の使用方法を説明する。前提としてインバータ装置１３の電圧変換回路２が図示省略した電源に接続されるとともに、インバータ装置１３のスイッチユニット３の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６（図４）が所定の制御回路（図示省略）に接続されているものとする。
【００２５】
電源から与えられた電圧は、電圧変換回路２によって昇圧され、スイッチユニット３に与えられる。この状態で、図示しない制御回路がインバータ装置１３のスイッチユニット３の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６（図４）をオンオフ切り換えすると、電圧変換回路２から与えられた直流電流が交流電流に変換され、これによりステータ１４のコイル１５が励磁する。そして、永久磁石を備えたロータ１１がステータ１４に対して反発することで、ロータ１１が回転を行う。
【００２６】
このとき、ロータ１１の側方に開放された溝１２が円環状に形成されているため、溝１２に遊嵌されたインバータ装置１３がロータ１１の回転によって接触することはない。したがって、インバータ装置１３がロータ１１及びステータ１４の外部に設置される場合に比べて、全体てとしてのスペース効率を向上することができる。
【００２７】
そして、ロータ１１が回転すると、ロータ１１の回転軸１６内に流れる冷媒１７が、遠心力により、バイパス１８を通じてロータ１１の溝１２に噴出される。
【００２８】
この際、溝１２内にインバータ装置１３が遊嵌されているので、冷媒１７が溝１２内に噴出されてロータ１１が冷却される際には、その冷媒１７によって併せてインバータ装置１３も冷却される。したがって、冷媒１７を供給するための機構をロータ１１用とインバータ装置１３用に別々に設ける従来に比べて、個々の機構が不要となる分、スペース効率を向上でき、且つ冷媒の供給補充等の管理も容易となる。
【００２９】
尚、上記実施形態では、インバータ装置１３の全部、即ち電圧変換回路２とスイッチユニット３の両方が、ロータ１１の溝１２に遊嵌されていたが、例えばスイッチユニット３等の一部のみがロータ１１の溝１２に遊嵌されて、他の一部がモータ装置と離間して配設されてもよい。
【００３０】
さらに、インバータ装置１３の形状は、必ずしも図２に示したような円環状に形成されている必要がなく、ロータ１１の溝１２の円環形状に沿って形成されていれば、回転時のロータ１１に抵触することがない。したがって、例えば、インバータ装置１３内の各要素部品の形状に応じて凹凸が形成されたり、円環形状に沿って完結的に形成されていても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一の実施形態に係るインバータ装置がモータ装置に設置された状態を示す断面図である。
【図２】本発明の一の実施形態に係るインバータ装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の一の実施形態に係るインバータ装置を示す断面図である。
【図４】一般的なインバータを示す回路図である。
【図５】モータの概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  電圧変換回路
３  スイッチユニット
１１  ロータ
１２  溝
１３  インバータ装置
１４  ステータ
１５  コイル
１６  回転軸
１７  冷媒
１７ａ  流路
１８  バイパス
２１  実装基板
２２  電気部品
２３  保護ケース
【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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