JP4123436B2 - インバータ一体型交流モータ - Google Patents

Description

本発明は、インバータ一体型車両用交流モータに関する。

従来、直流電源と多相交流回転電機の電機子巻線との間に電力授受可能に介設されて、この電機子巻線に多相交流電圧を印加するインバータを交流モータと一体化することにより、小型軽量化や配線損失の低減を図ったインバータ一体型車両用交流モータが提案されている。

このインバータは、通常では、それぞれトランジスタからなる相数分の上アーム素子（ハイサイド素子）と、それぞれトランジスタからなる相数分の下アーム素子（ローサイド素子）を有し、同一相の上アーム素子と下アーム素子の交流側主電極は直列接続されて電機子巻線の各端子に接続され上アーム素子の直流側主電極は電源ライン（以下、高位直流ライン又は＋ラインともいう）を通じて直流電源の高位電極端子（以下、＋端子ともいう）に接続され、下アーム素子の直流側主電極は接地ライン（以下、低位直流ライン又は−ラインともいう）を通じて直流電源の低位電極端子（以下、−端子ともいう）に接続される。上アーム素子及び下アーム素子は、MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBTなどにより構成されるが、逆並列接続ダイオードを持たないバイポーラトランジスタ、IGBTを採用する場合には、接合ダイオードをそれらと逆並列接続するのが通常である。

これら上アーム素子及び下アーム素子を構成するこれらのトランジスタとしては、多数キャリヤ電荷が電子であるタイプのものが、抵抗損失低減及び素子コスト低減の点で通常採用される。すなわち、MOSトランジスタにおいてはｎチャンネルMOSトランジスタを、バイポーラトランジスタにおいてはｎｐｎトランジスタを、IGBTにおいては絶縁ゲート付きのｎｐｎトランジスタが通常においては選択される。

つまり、インバータは、多数のパワートランジスタ（スイッチング素子）やそれを駆動制御するインバータ制御回路を複雑に配線してなる回路装置であるため、電気的、機械的に保護される必要がある。このため、従来のインバータ一体型車両用交流回転電機において、インバータは、金属製又は樹脂製の密閉箱すなわちケースに封入されてモータハウジングの周壁又は端壁に固定されていた。以下、インバータを周壁に固定する方式を周壁固定方式、インバータを端壁に固定する方式を端壁固定方式と呼ぶものとする。

しかしながら、インバータのスイッチング素子はモータを電動駆動する際においてそのスイッチング時及び導通時に大きな電力損失を発生するため、インバータを構成する各スイッチング素子の冷却が特に重要な課題となって
おり、従来、インバータを冷却空気により冷却する空冷方式、インバータを冷却水により冷却する水冷方式が知られている。

本出願人の出願になる特許文献１に記載される空冷端壁固定方式は、径方向断面において回転軸をU字状あるいは馬蹄形状に形成したインバータを開示している。この空冷端壁固定方式のインバータは、モータ径の小型化及び冷却機構の簡素化を期待できるため、体格縮小、小型軽量化の実現に有利であり、界磁コイル型同期モータに装備される場合にはブラシと軸方向に重なり周方向に異なる部位にインバータを配置することができるので、特に好適である。

空冷端壁固定方式のインバータ一体型車両用交流モータでは、通常の車両用交流発電機と同様に、冷却空気流をロータの端面に固定された遠心ファンや斜流ファンにより形成するのが好適である。この場合には、冷却空気流はインバータを冷却した後、モータハウジング内部に軸方向に導入され、その後、ファンにより加速されてステータコイル等を冷却し、モータハウジングから径方向に排出される。
特開平７−２３１６７２号公報

しかしながら、上記した空冷端壁固定方式のインバータ一体型車両用交流モータでは、インバータの各スイッチング素子を電気的、機械的に良好に保護しかつその良好な冷却を維持しつつインバータの小型化を実現することが容易ではなかった。

更に詳しく説明すると、インバータの各スイッチング素子やそれらを接続する電力配線や制御配線を電気的、機械的に良好に保護するためにはそれらをケースにより十分に密閉しなければならないが、このようにすると、スイッチング素子や制御回路や配線を密閉保護する必要があるが、このような密閉性を高めつつケースの小型化を図るとケース内部における冷却空気流の流れが悪くなってしまい、スイッチング素子などの冷却性が悪化してしまう。

このため、思い切ってケースを省略して、通常の車両用交流発電機の三相全波整流器（レ口ファイア）のダイオードのようにスイッチング素子を露出させることも考えられるが、インバータのスイッチング素子は一対の主電極端子の他に制御用端子や制御や検出のための多くの端子をもち、これら端子のための配線も配置されるので、湿った空気などによる沿面放電や冷却空気流による小電流配線の振動などを考慮すると、スイッチング素子や制御回路や多数の小電流配線などはやはりケースに収容して機械的、電気的安全性を確保することが必要と考えられる。

すなわち、従来のインバータ一体型車両用交流回転電機、特に空冷端壁固定方式のインバータを機械的、電気的安全性を低下させることなく、その冷却性を確保しつつ小型化することが、特に、装置の小型化が重要な車両用途において求められていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、インバータのスイッチング素子等を良好に電気的、機械的に保護しつつ、スイッチング素子の冷却性を確保しながら、その小型化を実現可能なインバータ一体型車両用交流モータを提供することをその目的としている。

この発明のインバータ一体型交流モータは、回転軸に固定された冷却ファンを有してモータハウジングの一端壁から冷却空気流を吸入する交流モータと、前記モータハウジングの前記一端壁の軸方向外側に位置して前記モータハウジングに固定される制御装置と、前記制御装置を囲覆するカバーと、前記交流モータのロータに界磁電流を流すためのブラシとを有し、前記内周壁部は、前記ブラシを収容するために径方向外側へ凹設された凹部を有して前記ブラシと軸方向において重なる位置に配設され、かつ、前記回転軸との間に冷却空気流が軸方向モータ向きに流れる冷却空気流通路を区画形成し、前記制御装置は、入力直流電力を交流電力に変換して前記交流モータのステータコイルに給電するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記スイッチング素子及び制御回路を囲覆して収容するとともに前記スイッチング素子及び制御回路を接続する配線を収容するインバータケースとを備え、
前記インバータケースは、略径方向に延設されるとともに前記各スイッチング素子及び前記制御回路が固定される輪板状の底板部と、前記底板部から前記回転軸に対して所定スペースを確保しつつ前記モータハウジングの端壁に向けて突出する小径筒状の内周壁部と、前記底板部から前記モータハウジングの前記一端壁に向けて突出する大径筒状の外周壁部と、前記モータハウジングの前記一端壁に向けて開口するリング状の開口部とを有するとともに、樹脂部とこの樹脂部に固定されて前記底板部と前記カバーとの間の冷却空気流通路に露出する素子冷却用のヒートシンクとしての金属板部とを有し、
前記冷却空気通路は、少なくとも径方向全周にわたって露出する前記底板部の外側底面に面しつつ前記底板部と前記カバーとの間に径方向へ形成され、外部から取り込んだ冷却空気流を前記底板部の外側底面に接触させつつ径方向外側から径方向内側へ流し、
前記冷却空気流は、前記底板部を冷却後、前記内周壁部の外表面と前記ブラシとの間の前記冷却空気流通路を軸方向へ流れて前記ブラシを冷却してから前記モータハウジング内へ流入することを特徴としている。

この発明によれば、インバータケースの底板部の全周に金属板部が露出するので、素子冷却性能を一層向上することができる。

好適な態様において、前記金属板部の外側底面は、前記カバーに面する前記底板部のほぼすべてを占有するので、更に素子冷却性を向上することができる。

好適な態様において、前記金属板部は、前記底板部の外側底面全周にわたって周方向所定ピッチで前記冷却空気流通路へ向けて略放射状に突設された冷却フィンを有するので、冷却空気流が冷却フィンを良好に冷却できるとともに、冷却空気流の圧損を低減することができる。

好適な態様において、前記冷却フィンは、略螺旋状に形成されているので、冷却空気流が冷却フィンを良好に冷却できるとともに、冷却空気流の圧損を低減することができる。

好適な態様において、前記各スイッチング素子及び前記制御回路は、互いに径方向に重ならないように、周方向へ互いに所定間隔を隔てて前記底板部に固定される。このようにすれば、配線を簡素化することができるとともに、各スイッチング素子の冷却性を向上することができる。

好適な態様において、前記各スイッチング素子は、互いに径方向に重ならないように、かつ、互いに同相である二つの前記スイッチング素子が周方向に隣接するように、周方向へ互いに所定間隔を隔てて前記底板部に固定される。このようにすれば、配線を簡素化することができるとともに、各スイッチング素子の冷却性を向上することができる。

好適な態様において、所定相の前記２つのスイッチング素子は、前記ステータコイルから前記インバータケース側へ略軸方向に引き出される前記ステータコイルの前記所定相の引き出し線に近接して配置される。これにより、交流配線を短縮することができる。

本発明のインバータ一体型交流モータの好適な実施態様を図面を参照して以下に説明する。
（実施例１）
本発明を具現化した好適態様を以下に説明する。

（全体構成）
図１において、１は車両用界磁コイル型同期モータであって、２はステータ、３はロータ、４はモータハウジング、５はプーリ、６はブラシ、７は制御装置（制御部）、８は樹脂カバーである。

モータハウジング４の周壁内周面には、ステータコイル２１が巻装されたステータコア２２からなるステータ２が固定されている。２３はステータコイル２１を覆う絶縁カバーである。ステータ２の径方向内側にはロータ３が収容され、ロータ３は、モータハウジング４の両端壁に回転自在に支持されてプーリ５が一端側に固定された回転軸３１と、回転軸３１に嵌着、固定されたランデル型のロータコア３２、その端面に固定された遠心ファン３３、それに巻装された界磁コイル３４からなる。

モータハウジング４の周壁両側には冷却空気流吹き出し孔４１が、その両端壁には冷却空気流吸入孔４２が形成されている。冷却空気流吸入孔４２から吸入された冷却空気流（風）は、両遠心ファン３３により付勢されてステータコイル２１のコイルエンドを冷却して冷却空気流吹き出し孔４１から外部に吹き出される。

モータハウジング４の後端壁から突出する回転軸３１の他端側には一対のスリップリングが設けられ、これらスリップリングに接して一対のブラシ６が樹脂製のブラシホルダ６０（図４参照）に収容されている。

上記したランデル型回転電機自体の構造と動作は既に周知であるので、これ以上の説明は省略する。

（制御装置７）
次に、この実施例の特徴をなす制御装置７について説明する。

制御装置７は、バスバーを樹脂インサート成形して構成された成形体（バスバーアセンブリ）からなるドーナツ形状のインバータケース７０を有している。７１はその輪盤状の底板部、７２ａは底板部７１の外周縁からモータハウジング４側に突出するリング状の外周壁部、７２ｂは底板部７１の内周縁からモータハウジング４側に突出するリング状の内周壁部であり、インバータケース７０は、これら底板部７１、外周壁部７２ａ、内周壁部７２ｂからなる。

７３はインバータ回路のスイッチング素子であり、図１では図示しない制御用ICや界磁電流制御トランジスタとともにインバータケース７０の底板部７１に固定されている。

７４は、これらインバータ装置７の回路素子をインバータケース７０の底板部７１に固定し、電気接続をなした後で、回路素子や接続部分を埋設するためにインバータケース７０内に充填される樹脂である。

７５ａは、インバータケース７０の外周壁部７２ａの頂部を構成するリング状の−バスバーであり、７５ｂは、インバータケース７０の内周壁部７２ｂに埋設されたリング状の＋バスバーであり、これらのバスバーは、他のバスバーとともにインバータケース７０の樹脂インサート成形により一体形成されている。

この実施例では、底板部７１はアルミダイキャストにより形成された輪板であり、外周壁部７２ａと内周壁部７２ｂとはこの底板部７１と一体化されている。底板部７１の一体化は、インサート樹脂成型されていても良く、また接着剤やネジで固定されていても良い。

その他、図１において、２１ｃは、星形接続されたステータコイル２１の各相巻線の引き出し線であり、その先端部２１ｄは図示しないインバータ装置７の各相の後述の交流バスバーに接合されている。三つの引き出し線２１ｃの引き出し位置を図２に示す。

インバータ装置７の回路構成を図３に示す。

７３０は６つのＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子７３をバスバーにより接続してなる三相インバータ回路である。

７７は界磁電流制御トランジスタ、７８はフライホイルダイオード、７９はコントローラであり、界磁コイル３４に給電される界磁電流は、界磁電流制御トランジスタ７７により制御され、各スイッチング素子７３及び界磁電流制御トランジスタ７７は制御回路を構成するICからなるコントローラ７９により制御される。実際には、三相インバ−タ回路７３０の各部とコントローラ７９とは三相インバ−タ回路７３０の各部の電位、電流を検出するため、及びスイッチング素子７３のゲート電位を制御するための多数の小電流配線を有しており、この実施例ではこれら小電流配線もインバータケース７０に一体成形されたバスバーにより構成されているが、これら小電流配線は細いので、インバータケース７０に一体成形せず、樹脂７４にて被覆してもよい。

７０U、７０V、７０Wは、三相インバ−タ回路７３０の交流配線を構成する交流バスバー（交流板部）であり、−バスバー（直流板部）７５ａ及び＋バスバー（直流板部）７６ａとともに、三相インバ−タ回路７３０の大電流配線としてインバータケース７０に樹脂一体成形により埋設されている。

制御装置７は−バスバー７５ａがモータハウジング４の後壁に密着する姿勢でモータハウジング４に締結されており、これにより、制御装置７の接地は−バスバー７５ａを通じてモータハウジング４に対してなされている。

制御装置７の模式斜視図を図４、図５に示し、各回路素子のそれらの配置、接続及び冷却とを説明する。

７００は、インバータケース７０の外周壁部７２ａと内周壁部７２ｂとを結んで底板部７１上に略径方向に延設される直線状の枠壁部である。枠壁部は、外周壁部７２ａと内周囲壁部７２ｂを接続すると共に各ブスバーを保持している。上述したように、−バスバー７５ａは、インバータケース７０の外周壁部７２ａの頂部に配置されているが、これら３つの枠壁部７００の中を通じて径方向内側に枝分かれて延設されている。

＋バスバー７５ｂは、内周壁部７２ｂにリング状に埋設されるとともに、これら３つの枠壁部７００の中を通じて枝分かれて延設されている。また、三相インバ−タ回路７３０の三つの交流バスバー（交流板部）７０U、７０V、７０Wも、これら３つの枠壁部７００の中に個別に延設されるとともに、その一端は、図１に示すように、径方向外側に伸びて外周壁部７２ａから突出してステータコイル２１の引き出し線２１ｃの先端２１ｄに接合されている。

各枠壁部７００の両側には、それぞれこの枠壁部７００に埋設された交流バスバーと同相の２つのスイッチング素子７３が個別に配置されている。各スイッチング素子７３は、インバータケース７０のアルミ輪板である底板部７１の内側底面に固定されている。この底板部７１はスイッチング素子７３のヒートシンクを構成するとともに、図５に示すようにインバータケース７０の底板部７１の外側底面から放射状に突出する冷却フィン７１１を有している。この実施例では、底板部７１は＋バスバー７５ｂと結合されている。

図１に示すように、樹脂カバー８の端壁に形成された冷却空気流吸入孔８０から内部に導入された冷却空気流は、底板部７１の外側底面及び冷却フィン７１１を冷却しつつ、径方向内側又は径方向外側に流れ、外周壁部７２ａの外側のギャップ及び内周壁部７２ｂの内側のギャップを通じてインバータ装置７を軸方向に貫通し、モータハウジング４の冷却空気流吸入孔４２からモータハウジング４内に導かれている。

冷却フィン７１１付きの底板部７１には、上アーム側のスイッチング素子７３の底面が直接はんだ付けされ、また、下アーム側のスイッチング素子７３が電気絶縁フィルム７１０を通じて底板部７１に固定されている。もちろん、ヒートシンク７１０を−バスバー７５ａに接続しても良く、底板部７１を複数のヒートシンクにスイッチング素子７３ごとに分割してもよく、−バスバー７５ａを内周壁部７２ｂに、＋バスバー７５ｂを外周壁部７２ａに埋設してもよい。

枠壁部７００を挟んでその両側に配置された同相の上アーム側のスイッチング素子７３と下アーム側のスイッチング素子７３とは、それらの側面から枠壁部７００側に向けて突出する一対の主電極端子とゲート電極端子とを有し、これら端子は突出後、図４に示すように底板部７１から遠ざかる向きに屈曲されている。樹脂製の枠壁部７００に埋設された−バスバー７５ａ、＋バスバー７５ｂ、ゲート電極線用バスバーもまた、枠壁部７００から突出した後、ヒートシンク７１０から遠ざかる向きに屈曲し、スイッチング素子７３の一対の主電極端子とゲート電極端子とに個別に接している。したがって、これら屈曲し互いに接する先端部同士を溶接することによりスイッチング素子７３の各端子とバスバーとの接続がなされる。スイッチング素子７３の他の小電流端子は、枠壁部７００に埋設された小電流配線用のバスバーに接続してもよいが、この実施例では、小電流配線用バスバーは樹脂７４内に埋設している。

コントローラ７９は、内周壁部７２ｂと外周壁部７２ａとを連ねる２つの枠壁部７２０によりインバータケース７０のスイッチング素子収容空間から分離されたコントローラ収容空間に収容されて、インバータケース７０の底板部７１に固定されている。このコントローラ収容空間には、界磁電流制御トランジスタ７７やフライホイルダイオード７８も収容されている。界磁電流制御トランジスタ７７やフライホイルダイオード７８とブラシ６のピグテイルとの接続をなすバスバーもインバータケース７０の一体成形されている。７０１は、コントローラ７９と外部との通信のためのコネクタである。Bはバッテリから給電される＋端子であって、バスバー７５ｂから径方向外側に突出している。７１０は下アーム側のスイッチング素子７３の底面を底板部７１から絶縁分離する樹脂フィルムである。

なお、上記実施例では、枠壁部７００にその両側のスイッチング素子７３と接続される各バスバーを埋設したが、枠壁部７００を省略し、スイッチング素子７３の端子を径方向外側に突出させ、外周壁部７２ａに埋設された各バスバーに個別に接続するようにしてもよい。この態様を図６に模式図示する。冷却フィン７１１は放射方向に設けられているが、螺旋状（渦巻き状を含む）に設けてもよい。図６に示すように、各スイッチング素子及びコントローラは、径方向に重ならないように設けられているため、径方向に流れる冷却空気流は各スイッチング素子やコントローラを同一温度条件で冷却することができ、一部の回路素子が冷却上不利となることもない。

また、この実施例では図６に示すように、インバータケース７０の内周壁部７２ｂがブラシホルダ６０がはめ込まれる凹部をもつため、ブラシホルダ６０の支持が簡単となる。変形態様として、少なくとも内周壁部７２ｂのブラシに接する部分を樹脂製とすることにより、内周壁部７２ｂがブラシホルダを兼ねることもできる。

また、底板部７１と樹脂カバー８との間を径方向内側に流れた後、内周壁部７２ｂの内側を軸方向に流れる冷却空気流がブラシに直接接するようにすることにより、ブラシを直接冷却することもできる。冷却空気流れがブラシに直接接しない場合でも、冷却空気流は少なくともブラシとインバータケース７０内の界磁電流制御用スイッチング素子とを接続する金具（いわゆるピグテイルなど）は冷却することができるため、ブラシを間接的に冷却することができる。

コントローラ７９は、図６に示すようにブラシの径方向外側に配置されるので、スイッチング素子の冷却を悪化することなく、更にコントローラ７９内の界磁電流制御用スイッチング素子とブラシとの間の配線距離短縮も実現することができる。
（実施例２）
本発明を具現化した他の好適態様を以下に説明する。

この実施例は、図７に示すように、実施例１のインバータケース７０の開口をアルミダイキャスト製の蓋板７１３により覆ったものである。蓋板７１３は輪板状であって、その外側頂面には放射方向に延設される冷却フィン７１４が形成されている。

この実施例では、蓋板７１３は−バスバーを兼ねており、冷却フィン７１４はモータハウジング４の後端壁の表面に締結により押しつけられて電気的に接地されている。

冷却空気流はこの冷却フィン７１４を通じて径方向に流れつつ冷却フィン７１４や蓋板７１３を冷却し、蓋板７１３は図示しない−バスバーを通じてスイッチング素子７３を冷却する。また、この蓋板７１３と底板部７１とは、スイッチング素子７３を略囲包してそれらを電磁シールドする。蓋板７１３と底板部７１と外周壁部７２ａと内周壁部７２ｂとにより囲まれたインバータケース内の空間には樹脂７４が充填されている。

この実施例のインバータ装置７によれば、実施例１に比較して一層の冷却性の向上と、機械的強度の向上とを実現することができる。
（実施例３）
本発明を具現化した他の好適態様を図８を参照して以下に説明する。

この実施例は、実施例１、２の底板部７１に相当する輪板状（円弧板状でもよい）の＋バスバー１０１と、実施例２の蓋板７１３に相当する輪板状（円弧板状でもよい）の−バスバー１００と、実施例１の交流バスバー７０U、７０V、７０Wに相当する３枚の円弧板状の交流バスバー１０２とを互いに所定間隔隔てて軸方向に重ね、それらの間のギャップに実施例１のポッティング樹脂７４に相当するモールド樹脂１１０を充填して、分厚い輪盤状又は円弧盤状のインバータ装置を構成したものである。

実際に製造するには、回路素子をバスバーに固定し、小電流配線及び大電流配線を構成したサブアセンブリに樹脂をインサート成形乃至モールド成形して、バスバー成形体（バスバーアセンブリ）構造のインバータ装置を完成すればよい。

図８を参照して以下、更に詳しく説明する。ただし、この実施例において用いる符号は、実施例１、２の符号とは無関係であるものとする。

発電電動機１は、三相界磁コイル型同期機であって、ロータ２、ステータ３、ハウジング４、電源端子６、回転軸７、ブラシ８、スリップリング９、コネクタと一体のレギュレータ１０を有し、インバータ５を搭載している。レギュレータ１０は界磁電流を断続制御するが周知のため説明は省略する。

ステータ３は、ステータコイル３１と、ハウジング４の周壁内周面に固定されたステータコア３２とを有し、ステータコイル３１はステータコア３２の各スロットに巻装されている。この種の同期機自体は周知である。なお、本発明は、その他の種類の同期機に採用されることができることはもちろんである。

ロータ３は、ハウジング４に回転自在に支持された回転軸７に固定されたロータコア７１と、ロータコア７１に巻装された界磁コイル７２とを有し、ステータ３の径内側に配置されている。ステータコイル３１は三相電機子巻線であって、その三つの交流端子は、インバータ５の各交流端子に接続されている。界磁コイル７２は、ブラシ８およびスリップリング９を通じて給電された界磁電流により磁化されて界磁磁界を発生する。界磁電流は、図示しないレギュレータにより調整される。
（インバータ５の全体構成）
インバータ５は、図９に示すように、バッテリ１１から給電されて、車両用発電電動機１のステータコイル３１の各交流端子に三相交流電圧を印加する。

５１はＵ相上アーム素子、５２はＶ相上アーム素子、５３はＷ相上アーム素子、５４はＵ相下アーム素子、５５はＶ相下アーム素子、５６はＷ相下アーム素子であり、それぞれＭＯＳトランジスタにより構成されているが、ダイオード付きのバイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴによっても構成できることはもちろんである。各トランジスタ５１〜５６は、直流側主電極と交流側主電極と制御電極（ゲート電極）とを有している。上アーム素子５１〜５３は、交流側主電極の電位Ｖ１〜Ｖ３を出力する端子（通信用電極）を有し、下アーム素子５４〜５６は、直流側主電極の電位Ｖ４〜Ｖ６を出力する端子（通信用電極）を有している。その他、ミラー電流検出、温度検出のための端子を追加してもよい。

５７は、コントローラであり、回転角センサ５８からの信号や上記通信端子からの信号に基づいて各トランジスタのゲート電圧Ｇ１〜Ｇ６を作成して各トランジスタ５１〜５６のゲート電極すなわち制御電極に送る。なお、各相の交流電流を検出する電流センサを追加してもよい。５９は平滑コンデンサである。この種のインバータ５自体はよく知られているため、これ以上の説明は省略する。
（インバータ５の構造）
インバータ５の要部を図８〜図１０を参照して以下に説明する。

図１０において、１００は−冷却フィン（上述した−バスバー）、１０１は＋冷却フィン（上述した＋バスバー）、１０２はＵ相冷却フィン（上述した交流バスバー）、１０６はステータコイル３１から突出するその相端子（実際には３本であるが１本のみ図示）である。＋冷却フィン１０１の一端には、電源端子６が固定され、−冷却フィン１００の一端はモータハウジング４の端壁を通じて接地されている。

−冷却フィン１００は、モータハウジング４の後端壁に近接して径方向及び周方向に延設される円弧状の銅円弧板（輪板でもよい）からなり、＋冷却フィン１０１は、−冷却フィン１００から軸方向に所定間隔離れて径方向及び周方向に延設される円弧状の銅円弧板（輪板でもよい）からなり、Ｕ相冷却フィン１０２は、−冷却フィン１００と＋冷却フィン１０１との間に配置されて径方向及び周方向に延設される銅円弧板からなる。Ｕ相冷却フィン１０２の周方向長は、−冷却フィン１００、＋冷却フィン１０１の周方向長の１／３以下とされている。その他、Ｕ相冷却フィン１０２と略同一形状をもつＶ相冷却フィン、Ｗ相冷却フィンが、Ｕ相冷却フィン１０２と軸方向同位置、かつ、互いに周方向異なる位置に順番に配置されている。Ｕ相冷却フィン１０２の径方向外縁は、図８に示すように、Ｕ相端子１０６に接合され、同様に、Ｖ相冷却フィン、Ｗ相冷却フィンも、ステータコイル３１から軸方向に突出する図示しないＶ相端子、Ｗ相端子に接合されている。

−冷却フィン１００及び＋冷却フィン１０１は、ブラシ８と軸方向に重なる位置に設けられているが、円弧状に形成された冷却フィン１００、１０１及び各相の冷却フィンは、ブラシ８及びその径方向外側に配置されたレギュレータ１０と干渉しない周方向位置に配置されている。図８では図示していないが、スイッチング素子制御用のコントローラICもたとえば−冷却フィン１００上に固定されている。

この実施例では、レギュレータ１０とブラシホルダは樹脂モールドされたバスバー成形体であるインバータ装置と別に形成されているように見えるが、一体に形成することができ、部品点数、配線工数及び組み付け工数を低減することができ、露出する配線や配線接続部も低減することができる。

図８に示すように、ＭＯＳトランジスタチップからなるＵ相の上アーム素子５１は、＋冷却フィン１０１とＵ相冷却フィン１０２との間に配置されている。上アーム素子５１の直流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の基板側の主面に形成されて＋冷却フィン１０１に接合されている。上アーム素子５１の交流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の表面側の主面に形成されてＵ相冷却フィン１０２に接合されている。

同様に、ＭＯＳトランジスタチップからなるＶ相の上アーム素子５２も、＋冷却フィン１０１とＶ相冷却フィン（図８では図示せず）との間に配置されている。上アーム素子５２の直流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の基板側の主面に形成されて＋冷却フィン１０１に接合されている。上アーム素子５２の交流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の表面側の主面に形成されてＶ相冷却フィン（図８では図示せず）に接合されている。

同様に、ＭＯＳトランジスタチップからなるＷ相の上アーム素子５３も、＋冷却フィン１０１とＷ相冷却フィン（図８では図示せず）との間に配置されている。上アーム素子５３の直流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の基板側の主面に形成されて＋冷却フィン１０１に接合されている。上アーム素子５３の交流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の表面側の主面に形成されてＷ相冷却フィン（図８では図示せず）に接合されている。

図８に示すように、ＭＯＳトランジスタチップからなるＵ相の下アーム素子５４は、−冷却フィン１００とＵ相冷却フィン１０２との間に配置されている。下アーム素子５４の直流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の表面側の主面に形成されて−冷却フィン１００に接合されている。下アーム素子５４の交流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の基板側の主面に形成されてＵ相冷却フィン１０２に接合されている。

同様に、ＭＯＳトランジスタチップからなるＶ相の下アーム素子５５は、−冷却フィン１００とＶ相冷却フィン（図８では図示せず）との間に配置されている。下アーム素子５５の直流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の表面側の主面に形成されて−冷却フィン１００に接合されている。下アーム素子５５の交流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の基板側の主面に形成されてＶ相冷却フィン（図８では図示せず）に接合されている。

同様に、ＭＯＳトランジスタチップからなるＷ相の下アーム素子５６は、−冷却フィン１００とＷ相冷却フィン（図８では図示せず）との間に配置されている。下アーム素子５６の直流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の表面側の主面に形成されて−冷却フィン１００に接合されている。下アーム素子５６の交流側主電極はＭＯＳトランジスタチップ（半導体チップ）の基板側の主面に形成されてＷ相冷却フィン（図８では図示せず）に接合されている。

上記各ＭＯＳトランジスタチップ５１〜５６はＮチャンネルＭＯＳトランジスタが形成された半導体チップであるが、CSPや両面に電極板が固定されたモジュールとしてもよい。

−冷却フィン１００は、モータハウジング４の後端壁から突出する冷却フィン７に密着しており、モータハウジング４に締結されている。各交流端子としてのＵ相冷却フィン１０２、Ｖ相冷却フィン、Ｗ相冷却フィン、−冷却フィン１００及び＋冷却フィン１０１は、樹脂１１０で一体に形成され、−冷却フィン１００の前端面と＋冷却フィン１０１の後端面とは露出し、ＭＯＳトランジスタチップや配線接続部は樹脂１１０内に埋設されている。Ｕ相冷却フィン１０２、Ｖ相冷却フィン、Ｗ相冷却フィンは、樹脂１１０から径方向外側に突出して冷却風に接触して冷却されるが、径方向内側に突出してもよい。樹脂１１０の外周面や内周面に沿って沿面放電が生じるのを防止するために、長溝などを設けて沿面放電距離を増加することが好ましい。また、−冷却フィン１００や＋冷却フィン１０１に貫通孔を設け、この貫通孔に面して交流冷却フィンを樹脂１１０から露出させてその冷却を向上してもよい。更に、所定位置にて、−冷却フィン１００や＋冷却フィン１０１を樹脂フィルムを介して交流冷却フィンに密着してその冷却を向上させてもよい。この場合、交流冷却フィンの静電容量も増大することができる。

結局、この実施例では、インバータ５の電源ラインを＋冷却フィン１０１により構成している。すなわち、＋冷却フィン１０１は、放熱部材兼用共通電極板となっている。また、インバータ５の接地ラインを−冷却フィン１００により構成している。すなわち、−冷却フィン１００は、放熱部材兼用共通電極板となっている。更に、インバータ５のＵ相配線の一部をＵ相冷却フィン１０２により構成し、同様に、Ｖ相配線、Ｗ相配線の各一部をＶ相冷却フィン、Ｗ相冷却フィンにより構成している。すなわち、各相の冷却フィンは放熱部材兼用共通電極板となっている。更に、これらの冷却フィンを、軸方向に互いに離れて３カ所に分置して、それぞれ径方向及び周方向に延設している。このような冷却フィン群の配置により、カバー１２に設けた外気吸入孔（図示省略）からカバー１２内に軸方向又は径内方向へ導入された外気は良好に各冷却フィンを冷却することができ、各冷却フィンを通じて各ＭＯＳトランジスタチップを冷却することができる。各冷却フィンを冷却した外気はモータハウジング４の後壁面に設けた外気流入孔からモータハウジング４内に導入される。この外気の流れはロータ２に設けたファン１３により形成され、モータハウジング４の周壁に設けた排気孔から外部に排出される。なお、磁石式の同期機においては、レギュレータ１０やブラシ８を省略することができるので、インバータ５の−冷却フィン１００や＋冷却フィン１０１は輪板状に形成することができる。

（ＭＯＳトランジスタチップの配置）
ＭＯＳトランジスタチップの実装の詳細を図１０を参照して説明する。

１０２１は、＋冷却フィン１０１からフロント側に放射状に突出された冷却フィンであり、これは実施例１の冷却フィン７１１に相当する。

１０１１は、−冷却フィン１００からリヤ側に放射状に突出する冷却フィンであり、これは実施例２の冷却フィン７１４（図７参照）１に相当する。

上アーム側のＭＯＳトランジスタ５１、下アーム側のＭＯＳトランジスタ５４と冷却フィン１００〜１０２との接続を図１０に示す。

＋冷却フィン１０１はＭＯＳトランジスタ５１の底面の直流主電極を固定し、U相の交流冷却フィン１０２は、ＭＯＳトランジスタ５１の交流主電極領域に向けて突出する突部１０２０を有し、この突部１０２０はＭＯＳトランジスタ５１の交流主電極領域に接合されている。ＭＯＳトランジスタの交流主電極領域の横に設けられたゲート電極領域や通信端子領域などは、フレキシブルテープ配線２０５にはんだバンプにより接続されている。

交流冷却フィン１０２はＭＯＳトランジスタ５１の底面の交流主電極を固定し、−冷却フィン１００は、ＭＯＳトランジスタ５４の直流主電極領域に向けて突出する突部１０１０を有し、この突部１０１０はＭＯＳトランジスタ５４の直流主電極領域に接合されている。ＭＯＳトランジスタの直流主電極領域の横に設けられたゲート電極領域や通信端子領域などは、フレキシブルテープ配線２０４にはんだバンプにより接続されている。

もちろん、フレキシブルテープ配線２０４、２０５の代わりに、ボンディングワイヤを用いるなどしてもよい。また、突部１０１０、１０２０は冷却フィン１００、１０２１と一体に形成せずに、別体に形成してもよく、又は、ＭＯＳトランジスタ５１，５４に予め接合し、その後、突部１０１０、１０２０を冷却フィン１００、１０２に固定してもよい。また、突部１０１０、１０２０を設けずに、配線２０４、２０５などの小電流配線を取り出すスペース確保のために、冷却フィン１００、１０１に切り欠きを設けてもよい。
（実施例４）
本発明を具現化した好適態様を図１１を参照して以下に説明する。図１１は、実施例１を示す図１の一部を拡大したものである。

８１は、樹脂カバー（リヤカバー）８の端壁（略径方向に延設される部分）にインバータケース７０へ向けて突出するリブである。リブ８１は、本発明で言う冷却空気流案内用のガイド部をなしており、カバー８に放射状に突設された突条からなる。この実施例では図１に示すように、インバータケース７０の底板部７１はアルミニウムにより構成されており、底板部７１は本発明で言うヒートシンク用の金属板部を兼ねている。底板部７１の樹脂カバー８に面する外側底面には、冷却フィン７１１が放射状に突設されており、冷却フィン７１１とリブ８１とは周方向に交互に配置されている。これにより、冷却フィン７１１とリブ８１との間の隙間が、冷却空気流を径方向内側に導入する冷却空気流通路を構成している。

これにより、冷却空気流の流れを乱すことなく冷却空気流通路の流路断面積を縮小し、流速を向上することができるので、冷却フィンの放熱性能を向上することができる。

なお、冷却フィン７１１は、図１２に示すように螺旋状に形成されてもよく、この場合にはリブ８１も同じく螺旋状に形成される。また、図１１では、冷却空気流は、樹脂カバー８の冷却空気流吸入孔８０から導入したが、樹脂カバー８と底板部７１との間にて径方向外側に開口する隙間から径方向内側に導入してもよい。

また、樹脂カバー８の周壁がインバータケース７０の外周壁部７２ａの径方向外側にも被っている場合には、外周壁部７２ａと樹脂カバー８の周壁との間の筒状の冷却空気流通路を通じて樹脂カバー８の端壁と底板部７１との間の冷却空気流通路に冷却空気流を導入してもよい。
（実施例５）
本発明を具現化した好適態様を図１３を参照して以下に説明する。この実施例は実施例１を示す図１を一部変形したものであり、この変形部分を図１３に拡大して示す。

インバータケース７０がモータハウジング４のリヤ端壁４０に固定され、インバータケース７０の底板部７１を樹脂カバー８が径方向の冷却空気流通路を挟んで覆っており、この冷却空気流通路から出た冷却空気流はインバータケース７０の内周壁部７２ｂに沿って軸方向前方へ流れて、モータハウジング４内に流入する。

モータハウジング４のリヤ端壁４０から後方に回転軸３１を囲覆する樹脂製の保護筒部４３が設けられており、冷却空気流は、この保護筒部４３の外周面とインバータケース７０の内周壁部７２ｂの内周面との間の隙間（軸方向冷却空気流通路）を通じて軸方向に流れる。なお、図示しないが、ブラシ６はこの保護筒部４３に開口された窓から回転軸３１上のスリップリングへと押し込まれている。なお、この保護筒部４３は必須のものではなく、省略可能である。

内周壁部７２ｂは、円筒状の金属筒部７１ａと、この金属筒部７１ａの外周に嵌着固定された樹脂筒部７２０ｂとからなる。金属筒部７１ａは、金属製でヒートシンクをなす底板部７１と一体に成形されて、全体として略フランジ形状に形成されている。

このようにすれば、スイッチング素子冷却用のヒートシンクは、径方向内側に流れる冷却空気流だけでなく、内周壁部７２ｂに沿って軸方向に流れる冷却空気流によっても冷却されることができるので、その冷却効果を向上することができる。また、図１３では、インバータケース７０の蓋７９は、部分的にすりばち状に斜設されているので、冷却空気流の急激な曲がりがなく、送風が円滑となる。なお、この斜設は蓋７９の全周にわたって設けてもよい。更に、この実施例では、蓋７９は、樹脂により形成されている。これにより、インバータケース７０がモータハウジング４からの放射などで受熱するのを抑制することができる。

（変形態様）
図１３の変形態様を図１４に示す。図１４では、インバータケース７０の内周壁部７２ｂを全面的に金属筒部７１ａにより構成したものである。
（実施例６）
本発明を具現化した好適態様を図１５を参照して以下に説明する。この実施例は実施例１を示す図１を一部変形したものであり、この変形部分を図１５に拡大して示す。

この実施例では、インバータケース７０の底板部７１及び内周壁部７２ｂの他、外周壁部７２ａもほぼ金属製とされている。更に詳しく説明すれば、外周壁部７２ａは、モータハウジング４のリヤ端壁４０に接する樹脂筒部７２１ａと、この樹脂筒部７２１ａから後方に突出する金属筒部７２２ａとにより構成され、金属筒部７２２ａは、底板部７１と一体に成型されている。樹脂カバー８はこれら金属筒部７２２ａ、底板部７１を囲んで椀状に形成されており、冷却空気流は樹脂カバー８と外周壁部７２ａとの間の隙間を通じて導入される。このようにすれば、冷却空気流の流れを阻害することなく、冷却空気流に接触する金属板部の露出面積を増大することができるので、スイッチング素子の冷却効果を一層向上することができる。なお、外周壁部７２ａの内面や内周壁部７２ｂの内面に樹脂筒又は樹脂フィルムを設けてもよい。

また、これら金属筒部７２２ａや底板部７１や内周壁部７２ｂから外側に冷却フィンを突出させてもよい。
（実施例７）
本発明を具現化した好適態様を図１６を参照して以下に説明する。この実施例は実施例１を示す図１を一部変形したものであり、この変形部分を図１６に拡大して示す。

この実施例では、インバータケース７０の底板部７１に冷却フィン７１１が、外周壁部７２ａに冷却フィン７２０ａが突設されている。更に、カバー８はプレス成形により椀状に形成されており、多数の冷却フィン７１１、７２０ａに良好に密着するように図示しないねじでインバータケース７０に締結されている。このようにすれば、冷却空気流により冷却されたカバー８がインバータケース７０を冷却フィンを通じての伝熱により良好に冷却することができるため、体格増大を防止しつつ一層の冷却効果向上を図ることができる。なお、冷却フィンは、インバータケース７０ではなく、カバー８側に設けてもよく、両方に設けてもよい。冷却フィンは放射状としてもよく、螺旋状としてもよい。

（変形態様）
本発明を具現化した好適態様を図１７を参照して以下に説明する。この実施例は実施例７にを示すヒートシンク又は冷却フィンとして機能する金属製カバー８を変形したものであり、この変形部分を図１７に拡大して示す。

この実施例では、カバー８は、３枚のアルミ薄円板８２〜８４からなり、内側のアルミ薄円板８２、８３は径方向中心部に冷却空気流がインバータケース７０側に流れるための孔（図示せず）を有している。
（実施例８）
本発明を具現化した好適態様を図１８を参照して以下に説明する。この実施例は実施例７にを示すヒートシンク又は冷却フィンとして機能する金属製カバー８を変形したものであり、この変形部分を図１７に拡大して示す。

この実施例では、カバー８は、３枚のアルミ薄円板８２〜８４からなり、内側のアルミ薄円板８２、８３は径方向中心部に冷却空気流がインバータケース７０側に流れるための孔（図示せず）を有している。

アルミ薄円板８２、８４はプレス成形により略放射状に凹凸が形成されており、アルミ薄円板８３は凹凸のない円板とされており、軸方向に重ねてインバータケース７０のアルミ製の底板部７１に締結されている。このようにすれば、図１８に示すように、各アルミ薄円板８２〜８４は熱伝達良好に接触するとともに、アルミ薄円板８２はインバータケース７０の底板部７１に熱伝達良好に接触する。各アルミ薄円板８２〜８４の間には上記した放射状の凹凸により放射状の冷却空気流通路が区画形成されるため、アルミ薄円板８２〜８４は冷却空気流により良好に冷却され、これによりインバータケース７０の底板部７１も良好に冷却される。

もちろん、アルミ薄円板８２〜８４は更に多数枚積層してもよく、椀状にプレス成形されてもよく、螺旋状にプレス成形されてもよい。
（実施例９）
本発明を具現化した好適態様を図１９、図２０を参照して以下に説明する。この実施例は実施例８にを示す積層して冷却フィン７及び冷却空気流通路形成機能をもつ金属製カバー８を、インバータケース７０の底板部７１に一体化したものであり、具体的にはインバータケース７０の底板部７１を成形により内部に冷却空気流通路としての多数の貫通孔７００を互いに平行に軸方向と直角の方向に設けたものである。７０１は底板部７１の径方向中央部にてモータハウジング４側に向けて開口する溝部であり、冷却空気流通路としての貫通孔７００から出た冷却空気流はこの溝部７０１に集められた後、インバータケース７０の内周壁部７２ｂに沿ってモータ側に送られる。このようにすれば、カバー８を省略することもできる。

実施例１のインバータ一体型交流モータの軸方向断面図である。 図１のステータの斜視図である。 図１のモータの回路図である。 図１のインバータケースの斜視図である。 図１のインバータケースの斜視図である。 実施例１のインバータケースの変形態様を示す模式平面図である。 実施例２のインバータの軸方向部分断面図である。 実施例３のインバータ一体型交流モータの軸方向断面図である。 図８のモータの回路図である。 図８のインバータの部分模式断面図である。 実施例４を示す一部拡大断面図である。 図１１の変形態様を示す模式側面図である。 実施例５を示す模式軸方向断面図である。 図１３の変形態様を示す模式側面図である。 実施例６を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例７を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例８を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例８を示す模式周方向部分断面図である。 実施例９を示す模式径方向部分断面図である。 実施例９を示す模式軸方向部分断面図である。

符号の説明

４ モータハウジング
８ カバー
７ インバータ装置
７０ インバータケース
７３ スイッチング素子
７１ インバータケースの底板部
７２ａ インバータケースの外周壁部
７２ｂ インバータケースの内周壁部
７５ａ −バスバー
７５ｂ ＋バスバー

Claims (7)

1. 回転軸に固定された冷却ファンを有してモータハウジングの一端壁から冷却空気流を吸入する交流モータと、
   前記モータハウジングの前記一端壁の軸方向外側に位置して前記モータハウジングに固定される制御装置と、
   前記制御装置を囲覆するカバーと、
   前記交流モータのロータに界磁電流を流すためのブラシと、
   を有し、
   前記内周壁部は、前記ブラシを収容するために径方向外側へ凹設された凹部を有して前記ブラシと軸方向において重なる位置に配設され、かつ、前記回転軸との間に冷却空気流が軸方向モータ向きに流れる冷却空気流通路を区画形成し、
   前記制御装置は、入力直流電力を交流電力に変換して前記交流モータのステータコイルに給電するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記スイッチング素子及び制御回路を囲覆して収容するとともに前記スイッチング素子及び制御回路を接続する配線を収容するインバータケースとを備え、
   前記インバータケースは、略径方向に延設されるとともに前記各スイッチング素子及び前記制御回路が固定される輪板状の底板部と、前記底板部から前記回転軸に対して所定スペースを確保しつつ前記モータハウジングの端壁に向けて突出する小径筒状の内周壁部と、前記底板部から前記モータハウジングの前記一端壁に向けて突出する大径筒状の外周壁部と、前記モータハウジングの前記一端壁に向けて開口するリング状の開口部とを有するとともに、樹脂部とこの樹脂部に固定されて前記底板部と前記カバーとの間の冷却空気流通路に露出する素子冷却用のヒートシンクとしての金属板部とを有し、
   前記冷却空気通路は、少なくとも径方向全周にわたって露出する前記底板部の外側底面に面しつつ前記底板部と前記カバーとの間に径方向へ形成され、外部から取り込んだ冷却空気流を前記底板部の外側底面に接触させつつ径方向外側から径方向内側へ流し、
   前記冷却空気流は、前記底板部を冷却後、前記内周壁部の外表面と前記ブラシとの間の前記冷却空気流通路を軸方向へ流れて前記ブラシを冷却してから前記モータハウジング内へ流入することを特徴とするインバータ一体型交流モータ。
2. 請求項１記載のインバータ一体型交流モータにおいて、
   前記金属板部の外側底面は、前記カバーに面する前記底板部のほぼすべてを占有するインバータ一体型交流モータ。
3. 請求項１記載のインバータ一体型交流モータにおいて、
   前記金属板部は、前記底板部の外側底面全周にわたって周方向所定ピッチで前記冷却空気流通路へ向けて略放射状に突設された冷却フィンを有するインバータ一体型交流モータ。
4. 請求項１記載のインバータ一体型交流モータにおいて、
   前記金属板部は、前記底板部の外側底面に略螺旋状に突設された冷却フィンを有するインバータ一体型交流モータ。
5. 請求項１記載のインバータ一体型交流モータにおいて、
   前記各スイッチング素子は、互いに径方向に重ならないように周方向へ互いに所定間隔を隔てて前記底板部に固定されるインバータ一体型交流モータ。
6. 請求項５記載のインバータ一体型交流モータにおいて、
   前記各スイッチング素子及び前記制御回路は、互いに径方向に重ならないように、周方向へ互いに所定間隔を隔てて前記底板部に固定されるインバータ一体型交流モータ。
7. 請求項５記載のインバータ一体型交流モータにおいて、
   前記各スイッチング素子は、互いに径方向に重ならないように、かつ、互いに同相である二つの前記スイッチング素子が周方向に隣接するように、周方向へ互いに所定間隔を隔てて前記底板部に固定されるインバータ一体型交流モータ。

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