JP2015033275A - インバータ一体型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】導線間の絶縁性を確保しつつ、大型化を抑制することができるインバータ一体型モータを提供する。
【解決手段】インバータ一体型モータ１は、ステータ１１及びロータ１２を収容するモータケース１０と、軸心方向においてモータケース１０と隣接して配置され、ステータコイル１４ａに電力を出力する複数のパワーモジュール２２を収容するインバータケース２０と、各ケース１０，２０の間に配設されるブラケット１５と、絶縁材料から形成されてパワーモジュール２２の交流端子２６とステータコイル１４ａとの間に配索される複数の導線１４を固定する端子台３０と、を有している。ここで、パワーモジュール２２は、インバータケース２０のうちブラケット１５と対向する端壁２０ａに設けられており、端子台３０は、ブラケット１５の中央部に配設されるとともに、導線１４の配索経路となる複数のスリット３２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ一体型モータに関する。

従来より、ステータコイルに電力を供給するパワーモジュールをモータ（ステータコイル）の近傍に設けたインバータ一体型モータが知られている。

例えば特許文献１には、ステータコイルに交流電力を給電するインバータを交流モータと一体化した構造が開示されている。この特許文献１において、インバータはモータの端面に配置されており、ステータコイルとインバータとの間には両者を電気的に接続する導線が複数配索される。導線のそれぞれは、ステータコイルからインバータへと至る際に、スタータコイルが存する外側（軸心から離れた位置）から内側（軸心部）へと集約されるような配索形態となっている。

特開２００７−１１６８４０号公報

ところで、特許文献１に開示された手法によれば、個々の導線がモータ中心部へと集約されることとなるが、絶縁性を考慮すると各導線間に所定の隙間を確保する必要がある。そのため、軸心周りに集約してもその大きさには限界があり、導線の配索スペースが径方向に大きくなってしまい、結果としてモータ自体が大型化してしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、導線間の絶縁性を確保しつつ、大型化を抑制することができるインバータ一体型モータを提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明に係るインバータ一体型モータは、モータケースとこれに隣接配置されるインバータケースとの間に隔壁が配設される。この隔壁の中央部には、パワーモジュールの出力端子とステータコイルとの間に配索される複数の導線を固定する端子台が設けられている。パワーモジュールは、インバータケースのうち隔壁と対向する端壁に設けられており、端子台には、導線の配索経路となる複数のスリットが形成される。

本発明によれば、スリットにより隣接する導線間の沿面距離を確保できるため、個々の導線間の絶縁性を確保しながら、これらをモータ中心部へと積極的に集約することができる。そのため、小さなスペースにて導線の配索を行うことができる。これにより、導線間の絶縁性を確保しつつ、大型化を抑制したインバータ一体型モータを提供することができる。

第１の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図１に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第２の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図３に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第３の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図 図５に示すインバータ一体型モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第３の実施形態にかかるインバータ一体型モータの構成を模式的に示す説明図

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図２は、図１に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面を模式的に示す説明図である。インバータ一体型モータ１は、パワーモジュール２２をモータ要素の近傍に設けたインバータ一体型構造のモータ（電動機）である。インバータ一体型モータ１は、モータケース１０と、インバータケース２０とを備え、これらのケース１０，２０が軸心方向に隣接して配置されている。

モータケース１０は、モータ要素であるステータ１１及びロータ１２をその内部に収容する筐体である。モータケース１０は、一方が開口されて他方に端壁１０ａが連設された円筒状の周側壁１０ｂを備える筒状体で構成されている。周側壁１０ｂの周囲には、モータケース１０内の空気が有する熱を放熱するための放熱フィン１０ｃが形成されている。

モータケース１０の開口側には、ブラケット１５が設けられており、ブラケット１５はモータケース１０の端壁１０ａと対向して配置されている。また、ブラケット１５は、モータケース１０とインバータケース２０との間に位置し、モータケース１０によって画定される空間とインバータケース２０によって画定される空間とを隔てる隔壁としても機能している。

モータケース１０において、周側壁１０ｂの内周面には、周方向に連続する環状のステータ１１が固設されている。ステータ１１の内側には、所定のエアギャップを介してロータ１２が設けられている。ロータ１２は、端壁１０ａに嵌設されたベアリング１６、及びブラケット１５に嵌設されたベアリング１６を介して回転可能に支持されている。

モータケース１０の端壁１０ａには、ロータ１２の回転数を検出するためのレゾルバ１７が設けられている。レゾルバ１７は、レゾルバロータ１７ａと、レゾルバステータ１７ｂとを主体に構成されている。レゾルバロータ１７ａは、ロータ１２の端部に固着され、ロータ１２の回転と同期して回転する。また、レゾルバステータ１７ｂは、モータケース１０の端壁１０ａに形成された凹状の円形溝部に嵌合され固定されており、レゾルバロータ１７ａを覆うようにその周囲に位置付けられている。

ステータ１１には、導線１４が巻回されることでステータコイル１４ａが形成されており、このステータコイル１４ａは周方向に沿って等ピッチで複数設けられている。個々のステータコイル１４ａと通じる導線１４は、ブラケット１５に設けられた貫通孔１５ａを介してインバータケース２０内に挿通され、その末端部（始端部及び終端部）が、インバータ２１に接続されている。貫通孔１５ａは、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられている。また、個々の貫通孔１５ａには、絶縁体を内接するといったように周知の手法により絶縁処理が施されている。

インバータケース２０は、その内部にインバータ２１を収容する筐体である。インバー
タケース２０は、一方が開口されて他方に端壁２０ａが連設された円筒状の周側壁２０ｂを備える筒状体で構成されている。このインバータケース２０は、その開口側をモータケース１０の開口側と突き合わすようして、当該モータケース１０と接続されており、インバータケース２０の端壁２０ａは、モータケース１０の開口側に設けられたブラケット１５と対向する。端壁２０ａ及び周側壁２０ｂの周囲には、インバータケース２０内の空気が有する熱を放熱するための放熱フィン２０ｃが形成されている。

インバータ２１は、ステータ１１に設けられた個々のステータコイル１４ａに対して電力を供給する電力変換器である。インバータケース２０は、インバータ２１の構成部品である、パワーモジュール２２、バスバー２３、コンデンサ２４、回路基板２５を収容している。

パワーモジュール２２は半導体素子からなり、スイッチング動作して直流電流を交流電流に変換し、この交流電流をステータコイル１４ａに供給する。パワーモジュール２２は、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられており、周方向にかけて等間隔で配設されている。個々のパワーモジュール２２は、インバータケース２０をなす端壁２０ａに配設されており、当該インバータケース２０の端壁２０ａと熱的に接続されている。

個々のパワーモジュール２２には、出力端子としての交流端子２６が設けられており、交流端子２６にはステータコイル１４ａに通じる導線１４の末端部が接続されている。交流端子２６は、モータ中心部（軸心）に近寄った位置に配設されている。すなわち、ブラケット１５の貫通孔１５ａは、ステータコイル１４ａと対応してモータ外側に位置しているが、交流端子２６は、ブラケット１５の貫通孔１５ａよりもモータ中心に近い位置に配設されている。交流端子２６と導線１４の末端部との結線方法としては、ねじ締結、はんだ付け、ろう付けといった手法が挙げられるが、これ以外にも、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接といった各種の溶接手法でもよい。

コンデンサ２４は、パワーモジュール２２と対応して複数設けられており、対となるパワーモジュール２２のスイッチング動作に伴うサージ電圧やリプル電流などの不要な電流変化を低減する。

バスバー２３は、パワーモジュール２２同士を電気的に接続するとともに、対となるパワーモジュール２２とコンデンサ２４とを電気的に接続する。

回路基板２５は、インバータ２１を駆動する駆動回路を搭載している。

また、インバータケース２０の端壁２０ａにおいて、その中心部には開口２０ｄが形成されており、この開口２０ｄによりインバータケース２０の内外が貫通されている。開口２０ｄは、パワーモジュール２２の配設領域よりも内側に存在し、かつ、当該配設領域の内径よりも小さい開口径に設定されている。

開口２０ｄの存在により、作業者は、個々の導線１４の末端部と、これに対応する交流端子２６とのそれぞれ結線する結線作業を行うことができる。結線作業後、開口２０ｄは蓋体２７によって閉塞される。

本実施形態の特徴の一つとして、ブラケット１５には、そのインバータケース２０と面する側に端子台３０が設けられており、端子台３０はブラケット１５の中央部に配置されている。端子台３０は、ブラケット１５の貫通孔１５ａから延出して交流端子２６へと配索される複数の導線１４をそれぞれ固定する機能を担っている。端子台３０は、樹脂など
の絶縁材料から形成されている。

端子台３０は、その本体部の周囲に環状をなす周縁部３１が設けられており、当該周縁部３１にはスリット３２が形成されている。このスリット３２は、ステータコイル１４ａ（導線１４）の数及び位置に対応して複数設けられている。個々のスリット３２は、当該周縁部３１の一部を溝状に切欠して構成されており、導線１４の配索経路として機能する。また、個々のスリット３２は、モータ中心に近づく程、スリット幅が縮小するテーパー形状となっている。

ステータコイル１４ａに通じる導線１４は、ブラケット１５の貫通孔１５ａから延出すると、モータ中心に向けて折り曲げられ、ブラケット１５に沿って直線的に配索される。導線１４は、端子台３０へと到達すると、そのスリット３２に沿って配索され、そして、所定の位置で軸心方向へと折り曲げられる。導線１４は、端子台３０によって固定されつつ軸心方向に沿って直線的に配索され、その末端部が交流端子２６と結線される。前述のように個々の交流端子２６が、ブラケット１５の貫通孔１５ａよりもモータ中心に近い位置に配設されるため、個々の導線１４は半径方向に沿って中心部へと集約され、全体として放射状の配索態様となる。

このように本実施形形態において、インバータ一体型モータ１は、ステータ１１及びロータ１２を収容するモータケース１０と、軸心方向においてモータケース１０と隣接して配置され、ステータコイル１４ａに電力を出力する複数のパワーモジュール２２を収容するインバータケース２０と、各ケース１０，２０の間に配設されるブラケット（隔壁）１５と、絶縁材料から形成されてパワーモジュール２２の交流端子（出力端子）２６とステータコイル１４ａとの間に配索される複数の導線１４を固定する端子台３０と、を有している。ここで、パワーモジュール２２は、インバータケース２０のうちブラケット１５と対向する端壁２０ａに設けられており、端子台３０は、ブラケット１５の中央部に配設されるとともに、導線１４の配索経路となる複数のスリット３２が形成されている。

かかる構成によれば、個々の導線１４がブラケット１５の中央部に位置する端子台３０へと集約され、また、この際、このスリット３２が導線１４の配索経路をなし、導線１４がその側方から覆われることとなる。このスリット３２の存在により隣接する導線１４間の沿面距離を確保できるため、個々の導線１４について絶縁性を確保しつつモータ中心部へと積極的に集約することができる。これにより、小さなスペースにて導線１４の配索を行うことができる。その結果、導線１４間の絶縁性を確保しつつ、インバータ一体型モータ１の大型化を抑制することができる。

また、本実施形態において、複数のスリット３２は、モータ中心を基準とする周方向に沿って等間隔で配置されている。

かかる構成によれば、導線１４間の沿面距離を限られたスペースで最大限に大きくとることができる。これにより、小さなスペースにて導線１４の配索を行うことができる。

また、本実施形態において、複数のスリット３２は、モータ中心に近づく程スリット幅が縮小するテーパー形状を有している。

かかる構成によれば、スリット３２のテーパー形状がガイドとなり、導線１４の組付け性の向上を図ることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図で
あり、図４は、図３に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第２の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、端子台３０の形態である。以下、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態に係る端子台３０は、スリット３２が形成される環状の周縁部３１（以下「第１周縁部３１」という）よりも外側に、環状をなす第２周縁部３３が一体形成されている。第２周縁部３３は、ブラケット１５の貫通孔１５ａを基準として、これよりも外側に至る範囲まで拡大して形成されている。

第２周縁部３３には、ブラケット１５の貫通孔１５ａと対応する位置に、当該貫通孔１５ａに挿入される突起部３４が一体形成されている。突起部３４は、貫通孔１５ａの数及び位置に対応して複数設けられている。

個々の突起部３４には、突起部３４及び第２周縁部３３を軸心方向に貫通する貫通孔３４ａが形成されている。この貫通孔３４ａは、突起部３４が挿入されたブラケット１５の貫通孔１５ａに代わり、導線１４をインバータケース２０内へと挿通するための孔として機能する。

このように本実施形態の構成によれば、突起部３４を端子台３０と一体化することで、この突起部３４の貫通孔３４ａを経由して導線１４が挿通され、導線１４の絶縁性を確保することができる。これにより、ブラケット１５の貫通孔１５ａ部分についての絶縁処理工程を省くことができ、生産性の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
図５は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図６は、図５に示すインバータ一体型モータ１におけるＡＡ断面図である。この第３の実施形態に係るインバータ一体型モータ１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、端子台３０の形態である。以下、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、レゾルバ１７は、ブラケット１５に配設されている。具体的には、レゾルバロータ１７ａは、ブラケット１５側に位置づけられるロータ１２の端部に固着され、ロータ１２の回転と同期して回転する。レゾルバステータ１７ｂは、端子台３０の本体部の裏面側（ブラケット１５と面する側）において凹状に形成された円形溝部に嵌合固定されており、レゾルバロータ１７ａを覆うようにその周囲に位置付けられている。なお、レゾルバステータ１７ｂは、その一部が端子台３０の底部から突出するように設定されており、その突出部位がブラケット１５に形成された開口部と嵌合している。

また、端子台３０は、複数のスリット３２の配設領域よりも内側に、レゾルバステータ１７ｂと電気的に接続する信号線１７ｃを引き出すための貫通孔３５を備えている。この信号線１７ｃは、貫通孔３５から引き出され、回路基板２５と結線されることとなる。この貫通孔３４ａは、信号線１７ｃの数や配置形態に応じて一つ以上設けることができる。

このように本実施形態によれば、レゾルバステータ１７ｂが端子台３０によって固定されている。これにより、レゾルバステータ１７ｂの固定部品を削減できるので、インバータ一体型モータ１の小型化を実現することができる。

なお、本実施形態では、端子台３０にレゾルバステータ１７ｂを組み付ける構成としているが、端子台３０に、レゾルバステータ１７ｂを一体成型するものであってもよい。こ
れにより、インバータ一体型モータ１の組付け時間を短縮することができる。

また、本実施形態によれば、レゾルバステータ１７ｂの突出部位がブラケット１５に形成された開口部と嵌合されている。これにより、レゾルバステータ１７ｂの組付け精度の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、端子台３０に、レゾルバ１７の信号線１７ｃ用の貫通孔３５が形成されており、この貫通孔３５は、複数のスリット３２の配設領域よりも内側に設けられている。これにより、中央部で作業を行うことができるので、信号線１７ｃの組付け作業性の向上を図ることができる。

ここで、図７は、本実施形態にかかるインバータ一体型モータ１の別の形態を模式的に示す説明図である。上述した実施形態では、レゾルバ１７と回路基板２５との間の電気的な接続を、貫通孔３５を設け、信号線１７ｃにて実現している。しかしながら、図７に示すように、端子台３０には、複数のスリット３２の配設領域よりも内側に、レゾルバステータ１７ｂと電気的に接続するコネクタ１７ｄを一体形成してもよい。このコネクタ１７ｄには、回路基板２５に通じる信号線１７ｃの末端に設けられたコネクタが嵌め込まれることとなる。これにより、レゾルバの信号線１７ｃの組付け作業性を向上することができる。

また、上述した各実施形態では、ステータコイル１４ａから交流端子２６までのすべて経路を導線１４にて接続している。しかしながら、端子台３０に、例えばインサート成形などの手法により、バスリングを一体形成してもよい。このバスリングは、個々のステータコイル１４ａ毎に、当該ステータコイル１４ａと交流端子２６との電流経路の一部をなす機能を担うことができる。すなわち、バスリングの一方の端部をステータコイル１４ａと接続し、バスリングの他方の端部について導線１４を介して交流端子２６と接続することで、ステータコイル１４ａから交流端子２６までの電流経路を形成することができる。

かかる構成によれば、交流端子２６、ステータコイル１４ａに対する結線作業についてその作業性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態にかかるインバータ一体型モータについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。

１ インバータ一体型モータ
１０ モータケース
１０ａ 端壁
１０ｂ 周側壁
１０ｃ 放熱フィン
１１ ステータ
１２ ロータ
１４ 導線
１４ａ ステータコイル
１５ ブラケット
１５ａ 貫通孔
１６ ベアリング
１７ レゾルバ
２０ インバータケース
２０ａ 端壁
２０ｂ 周側壁
２０ｃ 放熱フィン
２０ｄ 開口
２１ インバータ
２２ パワーモジュール
２６ 交流端子
３０ 端子台
３１ 周縁部
３２ スリット

Claims (10)

1. ステータ及びロータを収容するモータケースと、
   軸心方向において前記モータケースと隣接して配置され、ステータコイルに電力を出力する複数のパワーモジュールを収容するインバータケースと、
   前記モータケースと前記インバータケースとの間に配設される隔壁と、
   絶縁材料から形成されており、前記パワーモジュールの出力端子と前記ステータコイルとの間に配索される複数の導線をそれぞれ固定する端子台と、を有し、
   前記パワーモジュールは、前記インバータケースにおいて前記隔壁と対向する端壁に設けられており、
   前記端子台は、前記隔壁の中央部に配設されるとともに、前記導線の配索経路となる複数のスリットが形成されることを特徴とするインバータ一体型モータ。
2. 前記複数のスリットは、モータ中心を基準とする周方向に沿って等間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載されたインバータ一体型モータ。
3. 前記スリットのそれぞれは、前記モータ中心に近づく程スリット幅が縮小するテーパー形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載されたインバータ一体型モータ。
4. 前記隔壁は、複数の貫通孔を有しており、
   前記端子台は、前記隔壁の複数の貫通孔にそれぞれ挿入される複数の突起部を一体的に備えており、当該突起部のそれぞれには軸心方向に貫通する貫通孔が形成されて、前記複数の導線がそれぞれ挿通されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたインバータ一体型モータ。
5. 前記隔壁は、前記ロータの一方の端部を回転可能に支持しており、
   前記端子台は、前記隔壁と向き合う面にレゾルバステータが配設されて、当該レゾルバステータが前記ロータの一方の端部に配設されるレゾルバロータの周囲に位置づけられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載されたインバータ一体型モータ。
6. 前記端子台は、前記レゾルバステータが一体成形されることを特徴とする請求項５に記載されたインバータ一体型モータ。
7. 前記レゾルバステータは、前記端子台から部分的に突出しており、当該突出部位が前記隔壁に形成された開口部と嵌合することを特徴とする請求項５又は６に記載されたインバータ一体型モータ。
8. 前記端子台は、前記複数のスリットの配設領域よりも内側に、前記レゾルバステータと電気的に接続する信号線を引き出すための貫通孔を備えることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載されたインバータ一体型モータ。
9. 前記端子台は、前記複数のスリットの配設領域よりも内側に、前記レゾルバステータと電気的に接続するコネクタが一体成形されることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載されたインバータ一体型モータ。
10. 前記端子台は、バスリングが一体成形されており、当該バスリングが前記パワーモジュールの出力端子とステータコイルとの間の電流経路の一部をなすことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載されたインバータ一体型モータ。

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