JP4045923B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はパワードライバを有する電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献】
特開平6−197494号公報。
【0003】
上記特許文献に示された電動機においては、モータフレームの側面にパワードライバのパワースィッチング素子を直接実装している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例においては、長さの異なる3相出力リード線はモータフレームの外部に配置されているパワースィッチング素子からモータフレームの内部に配置されているモータ巻線へ配線されているため、配線距離が長くなる。また、モータ巻線が各ステータコイルの3相交流出力線をモータ内部で集約する場合は、さらに各ステータコイルへの配線距離のばらつきが生じる。この結果として、スィッチングノイズ放射が大となり、また各モータ巻線の電流のバランスが崩れることによるトルク変動が発生するという問題がある。
【0005】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、電力を供給する電源線および交流出力線からのノイズ放射の抑制、モータのトルク変動の抑制を達成できる電動機を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、円環状のロータと、前記ロータの中空部に配置され、複数のステータコアが凸状に形成されており、前記ステータコアにステータコイルを巻いて構成したステータと、前記ステータ内部に配置され、前記ステータコイルを駆動するパワードライバと、前記ステータ内部の中空部に配置され前記パワードライバに電力を供給する円環状バスバーと、を具備した電動機であって、前記パワードライバの数を前記ステータコアの数と同数とし、前記パワードライバを前記ステータコアに近接して配置し、前記ステータコアに巻かれた前記ステータコイルと、前記ステータコイル直近のパワードライバ以外の前記パワードライバとを電気的に接続するように構成している。
【0007】
【発明の効果】
本発明によれば、パワードライバに電力を供給する電源線からのノイズ放射の抑制、パワードライバの交流出力線からのノイズ放射の抑制ができ、かつ電動機のトルク変動の抑制もできる。さらにステータコイルと直近のパワードライバ以外のパワードライバとを電気的に接続することにより、ステータコイルと直近のパワードライバとが発熱するタイミングをずらすことが出来るので、冷却能力が同じならば、より高い駆動能力を発生することが出来る、という効果がある。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で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。
【0009】
図1は本発明の第1の実施の形態を示す図であり、図1(a)は電動機の断面図、図1(b)は電動機の内部構成を分かり易く示した内部の側面模式図、図1(c)は電動機の外部側面図である。
【0010】
図1において、最外部に円環状のロータ101が設置され、ロータ101の内部には磁石102が内蔵されている。ロータ101の内部中空部には、ステータ109が配置されている。ステータ109には、ステータコア104が凸状に形成されており、そのステータコア104にステータコイル103が巻かれている。ステータ109の内部には、ステータコイル103を駆動するパワードライバ105がステータコア104に近接し配置されている。図1(a)から明らかなように、ステータコア104、ステータコイル103、パワードライバ105は番号を付した位置以外にも形成されているが、説明の都合上、各々、前記のステータコア104、ステータコイル103、パワードライバ105のみに番号を付した。ここで、パワードライバ105および、ステータコイル103が巻かれたステータコア104は各々6個図示してあり、点対称に向かい合った2個ずつが、3相交流電動機のU相、V相、W相に対応している。そして、ステータ109は内部が中空状になっており、ステータ109の中空部に、円環状バスバー106が配置されている。円環状バスバー106は、パワードライバ105に電力を供給する直流電源供給用のものであり、図1(a)に示すように低電圧側バスバー106aが高電圧側バスバー106bより外周方向外側に配置され絶縁されて積層された2重構造となっている。そして、パワードライバ105と円環状バスバー106は、ステータ109の内部において、高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aで電気的に接続されている。さらに、各パワードライバ105と直近のステータコイル103はステータ109の内部において、3相交流出力接続線113により、電気的に接続されている。
【0011】
ロータ101と電動機軸108は機械的に接続されており、円環状バスバー106と電源端子107は電気的に接続されている。
【0012】
本第1の実施の形態によれば、パワードライバ105をステータ109の内部のステータコア104に近接して配置したため、3相交流出力各相のステータコイル103とパワードライバ105を最短距離で配線することが可能になる。その結果として、3相交流出力接続線113からのノイズ発生を抑制できる。
【0013】
さらに、3相交流出力各相ごとの配線距離をほぼ同距離とすることができるため、3相交流出力各相毎のステータコイル103の電流の位相ずれをほぼ無くすることができるため、ステータコイル103の電流の位相ずれによるモータトルク変動を無くすることができる。
【0014】
加えて、ステータ109の内部の中空部に円環状バスバー106が形成され、最短距離で円環状バスバー106とパワードライバ105が接続されている。一般に積層したバスバーの寄生インダクタンスは小さいことが良く知られており、電源端子107からパワードライバ105までの電源線トータルの寄生インダクタンスを小さくすることができ、サージ電圧の低減と電源線からのノイズ放射を抑制出来るという効果もある。サージ電圧を低減することにより、スナバ回路の小規模化や廃止などにより、コスト低減できるという経済的、サイズ的な効果がある。また、ノイズ放射を抑制できることにより、本装置でのノイズ放射対策が不要になる。あるいは、ノイズ放射を受けて誤作動する装置のノイズ耐性向上対策が不要になるという経済的、サイズ的な効果がある。
【0015】
図2は本発明の第2の実施の形態を示す電動機の断面図である。
【0016】
図2に示す第2の実施の形態においては、ステータコイル103が直近のパワードライバ105ではなく、隣接するパワードライバ105と3相交流出力接続線113により、電気的に接続されており、さらに、コンデンサとして電源コンデンサ301が円環状バスバー106の内側に設置されている。
【0017】
図2に示すようにステータ109中央部の中空部にパワードライバ105に電力を供給する直流電源用の電源コンデンサ301を設置したことにより、円環状バスバー106と電源コンデンサ301を接続する距離を最短にできるため、電源線から放射されるノイズやサージ電圧を抑制できるとともに、電源コンデンサ301を効率よく配置できるため経済的、サイズ的な効果がある。
【0018】
加えて、ステータコイル103と直近したパワードライバ105が電気的に接続されているのではなく、お互い隣接したステータコイル103とパワードライバ105が電気的に接続されている構成となっているため、直近のパワードライバ105が発熱するタイミングとステータコイル103が発熱するタイミングをずらすことが可能となる。具体的には、U相のパワードライバ105の直近にはV相のステータコイルが配置されているため、通常時には、U相とV相が同時に最大負荷となることはない。このため、冷却能力が同じならば、より高い駆動能力を発生できることになる。
【0019】
なお、本第2の実施の形態においては、隣接するステータコイル103とパワードライバ105を接続した構成としたが、3相交流出力の同相駆動以外のステータコイル103とパワードライバ105を接続すれば、上記と同様の効果が得られる。さらに隣接同士と限定しないことにより、レイアウト自由度が上がり、さらに製造上、低コスト化も可能となる。
【0020】
図3は本発明の第3の実施の形態を示す電動機の図である。
【0021】
図3において、パワードライバ105とパワードライバ105の3相交流出力が接続されるステータコイル103を直近して配置しており、かつ、パワードライバ105とステータコイル103に挟まれた領域に冷却構造を持つ冷却液通路(冷却水通路)401が配置されている。そして、冷却液通路401の形状は、電動機軸108と直交する断面形状において、ステータコア104の中央部よりパワードライバ105に向けた方向に略T字型形状である。すなわち、パワードライバ105の近傍に冷却液通路401のT字の横棒に相当する部分が位置し、ステータコア104部に冷却液通路401のT字の縦棒に相当する部分が位置している。
【0022】
本第3の実施の形態によれば、パワードライバ105とステータコイル103を同数配置し、かつ直近させた構成としたことにより、一つの冷却液通路401でパワードライバ105とステータコイル103を同時に、かつ、3相交流出力各相ごとに同じ効率で冷却することができる。この結果、発熱の偏りが無いので発熱のばらつきを見込んだ、余計な冷却能力のマージンが不要となり、冷却コストを削減できる効果がある。
【0023】
なお、本第3の実施の形態においては、冷却液通路401の形状をT字型としたが、パワードライバ105とステータコアの間にパワードライバ105に平行して作成した一字型でも同様の効果が得られる。冷却効果の程度としては、T字型よりも劣るが冷却液通路401の形状が簡略なためステータ109の加工コストが安いという効果がある。
【0024】
図4は第4の実施の形態を示す電動機の断面図である。
【0025】
本第4の実施の形態においては、高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aに挟まれて比誘電率が1よりも大きい誘電物質すなわち高誘電率物質501が配置されている。
【0026】
本第4の実施の形態によれば、高電圧側バスバー106bおよび低電圧側バスバー106aが絶縁されて積層され、積層された高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aの間隙に高誘電率物質501が挟まれて配置されているため、高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aとの間に大容量のコンデンサを設置したのと等価となり、第2の実施の形態で示した電源コンデンサ301の容量を低減したり、場合によっては、電源コンデンサ301そのものの廃止も可能となり、部品代低減に大きな効果がある。
【0027】
さらに、低電圧側バスバー106aを高電圧側バスバー106bの外周方向外側に配置することにより、低電圧側バスバー106aの表面積が高電圧側バスバー106bの表面積より広くなり、低電圧側バスバー106aのインピーダンスが低くなるとともに、高電圧側バスバー106b上に発生したノイズを外部に漏れなくするため、よりノイズ低減の効果を増す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の電動機の構造図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の電動機の断面図。
【図3】本発明の第3の実施の形態の電動機の断面図。
【図4】本発明の第4の実施の形態の電動機の断面図。
【符号の説明】
101 ロータ
103 ステータコイル
104 ステータコア
105 パワードライバ
106 円環状バスバー、106a 低電圧側バスバー、106b 高電圧側バスバー
108 電動機軸
109 ステータ
113 3相交流出力接続線
301 電源コンデンサ
401 冷却液通路
501 高誘電率物質
Claims (8)
- 円環状のロータと、
前記ロータの中空部に配置され、複数のステータコアが凸状に形成されており、前記ステータコアにステータコイルを巻いて構成したステータと、
前記ステータ内部に配置され、前記ステータコイルを駆動するパワードライバと、
前記ステータ内部の中空部に配置され前記パワードライバに電力を供給する円環状バスバーと、
を具備した電動機であって、
前記パワードライバの数を前記ステータコアの数と同数とし、前記パワードライバを前記ステータコアに近接して配置し、前記ステータコアに巻かれた前記ステータコイルと、前記ステータコイル直近のパワードライバ以外の前記パワードライバとを電気的に接続したことを特徴とする電動機。 - 前記ステータコイルと、前記ステータコイル直近のパワードライバに隣接した前記パワードライバとを電気的に接続したことを特徴とする請求項1記載の電動機。
- 前記ステータ内部の前記円環状バスバーよりも内側に配置されたコンデンサを有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の電動機。
- 前記ステータ内部でかつ前記ステータコイルおよぴ前記パワードライバの両方に挟まれた領域に配置された冷却構造を持つことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電動機。
- 前記冷却構造が冷却液通路であり、前期冷却液通路の形状が、電動機軸と直交する断面形状において、前記ステータコアの中央部より前記パワードライバに向けた方向に略T字型形状であることを特徴とする請求項4記載の電動機。
- 前記円環状バスバーとして高電圧側バスバーおよび低電圧側バスバーが絶縁されて積層されているものを用いたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の電動機。
- 前記低電圧側バスバーが前記高電圧側バスバーより外周方向外側に配置されていることを特徴とする請求項6記載の電動機。
- 前記高電圧側バスバーと前記低電圧側バスバーの空隙に比誘電率が1よりも大きい誘電物質を挟み込むことを特徴とする請求項6または請求項7記載の電動機。
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