JP4052168B2 - モータと電力変換器との結線方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ等の電力変換器と電気モータが一体化された駆動力発生装置における、電気モータとインバータ間の結線方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気モータへの電力供給のための電線の結線方法として、同相のコイルの結合を複数のエナメル線を束ねたワイヤで行うことにより、電力ケーブル端子台とコイルとの電気的接続をする方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００-６９７０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術は、端子台からモータ外部に電線を引き出す構造である為、同相のコイル結線部分でサイズが大きくなるという問題点があった。また、端子台とコイル間の配線部が長くなり、配線部で配線が絡み合う問題が生じる可能性もある。
【０００５】
本発明は、モータとインバータが構造部材を挟んで配置される場合に、簡便なモータとインバータ間の結線方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第一の結線方法は、構造部材を挟んで配置されるモータとインバータ間の結線方法であり、該モータが、各相に対して複数Ｎ個（例えばＮ＝３）のコイルを有する場合の結線方法である。この結線方法は、前記構造部材に少なくとも複数Ｎ個の貫通孔を形成するステップと、各相の導電性の結線部を前記構造部材より前記インバータ側に配置するであって、各相の前記導電性の結線部を前記構造部材の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けるステップと、各相のそれぞれのコイルを構成する電線をそれぞれ前記構造部材の対応する一つの貫通孔に通すステップと、前記各相のコイルを構成する電線のすべてをこれと同相の導電性の結線部に結合するステップと、前記各相のコイルに同相になる前記インバータの電力供給電線を前記導電性の結線部に結合するステップと、を有する。さらに、前記各相の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有する。
【０００７】
また、本発明による第二の結線方法は、構造部材を挟んで配置されるモータとインバータ間の結線方法であり、該インバータが複数Ｍ個（例えばＭ＝３）の相を有する場合の結線方法である。この結線方法は、前記構造部材に少なくとも複数Ｍ個の貫通孔を形成するステップと、複数Ｍ個の導電性の結線部を前記構造部材より前記モータ側に配置するであって、前記複数Ｍ個の導電性の結線部を前記構造部材の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けるステップと、前記インバータの各相の電力供給電線をそれぞれ対応する一つの貫通孔に通すステップと、各相の電力供給電線を各相ごとに対応する導電性の結線部に結合するステップと、前記各相の電力供給電線から電流を供給されるコイル電線のすべてを前記対応する導電性の結線部に結合するステップと、を有する。さらに、前記複数Ｍ個の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有する。
【０００８】
本発明による第一のモータ駆動ユニットは、各相のコイルを相ごとに複数Ｎ個（例えばＮ＝３）含んだ略円筒状のステータを有するモータと、前記モータをその内部に支持する構造部材と、前記構造部材の外側表面に取付けられ、前記各相のコイルへの交流電流を発生するインバータと、を有する。前記構造部材は前記ステータの軸方向端面と前記インバータとの間に位置するブラケット部を有しており、前記モータと前記ブラケット部と前記インバータが前記ステータの軸方向に沿って並べられて配置される。このモータ駆動ユニットは、前記各相のコイルへ交流電流を供給するためそれぞれインバータから引き出された各相の電力供給電線と、前記構造部材の外部に配置される複数の導電性の結線部であって、各結線部が、各相に対して設けられ、前記各相のコイルを構成する電線とこれと同相の電力供給電線とが接続する導電性の結線部と、を備える。前記構造部材の前記ブラケット部が少なくとも複数Ｎ個の貫通孔を有しており、前記各相のコイルの各コイルを構成する電線が各相に対して設けられる前記導電性の結線部に接続するためにそれぞれ一つの貫通孔を通過している。さらに、前記複数の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有し、前記複数の導電性の結線部が前記ブラケット部の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けられる。
【０００９】
また、本発明による第二のモータ駆動ユニットは、複数Ｍ相のコイルを有するモータと、前記モータをその内部に支持する構造部材と、前記構造部材の外側表面に取付けられ、複数Ｍ相（例えばＭ＝３）の交流電流を発生するインバータと、を有する。前記構造部材は前記ステータの軸方向端面と前記インバータとの間に位置するブラケット部を有しており、前記モータと前記ブラケット部と前記インバータが前記ステータの軸方向に沿って並べられて配置される。このモータ駆動ユニットは、前記インバータから引き出された複数Ｍ相の電力供給電線と、前記構造部材の内部に配置される複数Ｍ個の導電性の結線部であって、それぞれが一相の供給電線と該一相の交流電流が供給される同相のコイルを構成する電線とを接続する導電性の結線部と、を備えている。前記構造部材の前記ブラケット部は少なくとも複数Ｍ個の貫通孔を有しており、インバータから引き出されたＭ相の供給電線が、それぞれ、一つの導電性の結線部に接続するために一つの貫通孔を通過している。さらに、前記複数Ｍ個の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有し、前記複数Ｍ個の導電性の結線部が前記ブラケット部の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けられる。
【００１０】
【作用・効果】
本発明により、構造部材を挟んで配置されるモータとインバータ間の結線方法について、簡便な構成の結線方法が提供される。第一の結線方法により、モータ内での同相コイルの結合部分がなくなるため、モータを小型化できる。また、第二の結線方法により、インバータ側での電線の結合部分がなくなるため、インバータをモータ側に近づけて設置でき、インバータとモータ間の配線が短縮できる。これによりインバータ側の空間が有効に利用できる。
【００１１】
また、本発明により、モータとインバータとを有するモータ駆動ユニットにおいて、モータとインバータ間の結線が簡単化されたものが提供される。第一のモータ駆動ユニットは、モータ内での同相コイルの結合部分がなくなるため、モータを小型化できる。第二のモータ駆動ユニットは、インバータ側での電線の結合部分がなくなるため、インバータをモータ側に近づけて設置でき、インバータとモータ間の配線が短縮できる。これにより、モータ駆動ユニット全体の大きさが縮小できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１から図５を参照して、第一の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動ユニットの断面図を示す。モータ駆動ユニットは、電気モータにより駆動力を発生する駆動力発生装置であり、図に示したものは、特に電気自動車の駆動力源として好適に用いられるものである。
【００１４】
図１において右から順にインバータ５０、モータ６０、差動減速機７０を一列に並べて配置している。モータ６０の略円筒形状を有するステータ１はモータハウジング８に固定される。ステータ１は、ステータ巻線１ａを備え、このステータ巻線１ａが給電されることで、ロータ２に対してトルクを与える。ロータ２はモータ軸３に固定され、トルクを差動減速機７０へ伝える。モータ軸３の両軸端を支える軸受けとしてベアリング４と６を配置し、ベアリング４はモータ６０の左端面を形成する略円筒平板状の左エンドブラケット５に、ベアリング６はモータ６０の右端面を形成する略円筒平板状の右エンドブラケット７に固定される。両エンドブラケット５と７は、ステータ１の端面に略平行で且つモータ軸３に略垂直に配置される。なお、ステータ１、ロータ２、モータ軸３、ベアリング４と６、両エンドブラケット５と７、および略円筒状のモータハウジング８でモータ６０を形成している。なお、両エンドブラケット５と７と略円筒状のモータハウジング８は互いに接続されており、モータを収容保持するケースあるいは構造部材として機能する。右エンドブラケット７のさらに右側に、右エンドブラケット７と一体に形成され軸方向に延びる円筒部分７ａが配置されている。なお、円筒部分７ａと右エンドブラケット７は、それぞれ別体に形成された後、互いに接合されるものであってもよい。
【００１５】
差動減速機７０は、遊星歯車式の減速機構と傘歯車式の作動機構とから構成されており、モータ６０のトルクを左右駆動軸１９、２０に分配して出力する。右駆動軸２０は、モータ軸３の内部を貫通し、さらに右エンドブラケット７、円筒部分７ａの中を貫通し、モータ駆動ユニットの右端に到達する。モータ駆動ユニットの右端では、円筒部分７ａの端に取り付けられたベアリング２４によって右駆動軸２０の軸端が支えられる。右駆動軸２０は、モータ軸３、右エンドブラケット７、円筒部分７ａと接触しないよう間隔を空けて配置されている。
【００１６】
円筒部分７ａの右駆動軸２０が貫通している側の内周面とは反対側になる外周面には、前記モータ６０のステータ巻線１ａに対して交流電力を供給するインバータ５０を配置する。インバータ５０の構成部品（スイッチング素子等）２５は円筒部分７ａに取り付けられている。エンドブランット７は、ステータの軸方向端面とインバータとの間に位置し、モータとエンドブランット７とインバータ５０がステータ１の軸方向（つまりモータ軸方向）に沿って並べられた状態で配置されている。
【００１７】
次に、図２から図５を参照して、インバータ５０とモータ６０との結線方法あるいは電気的接続方法について説明する。
【００１８】
図２に、インバータ５０とモータ６０との結線図を示す。モータ６０は、１２０度づつ位相がずれた３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流で駆動される永久磁石型の同期電動機である。ステータ１は、ステータコアの９箇所のティースにコイルを集中巻きしたものとなっており、３つの３相コイルを備えている。従ってこのステータ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについて、同相のコイルを３個づつ有する。各コイルの一端側はモータ６０内でＹ結線又はΔ結線されており（図２ではＹ結線を示す）、他端側が、導体リング２９（導電性の結線部）を介して、インバータ５０の電力供給電線５５に接続されている。ここで、Ｕ相コイルを構成する三本のコイル電線は、それぞれインバータ５０のＵ相の電力供給電線５５に導体リング２９により結合され、Ｕ相の交流電流を流される。また、Ｖ相コイルを構成する三本のコイル電線は、それぞれインバータ５０のＶ相の電力供給電線５５に導体リング２９により結合され、Ｖ相の交流電流を流される。同様に、Ｗ相コイルを構成する三本のコイル電線は、それぞれインバータ５０のＷ相の電力供給電線５５に導体リング２９により結合され、Ｗ相の交流電流を流される。
【００１９】
導体リング２９は、それぞれ右エンドブラケット７の軸方向端面に絶縁体を介して取付けられ、右エンドブラケット７の軸方向端面から所定間隔空けて配置される。
【００２０】
同相のコイルが複数ある場合、それらのインバータ５０側の端部をモータ６０内で１つにまとめてから外部へ引き出すのが一般的であるが、本実施形態では、９個のコイルの端部を全て外部へ引き出している（図１、図５参照）。すなわち、９個のコイルの端部は右エンドブラケット７を貫通してインバータ室へ引き出され、さらに、右エンドブラケット７の右面（つまりインバータ５０に対抗する面）に絶縁部材２８を介して取り付けられている３本の導体リング２９に接続される。この接続は、ハンダ付け、溶接など電気的に接続できる方法でなされる。３本の導体リング２９はＵ相リング、Ｖ相リングおよびＷ相リングであり、各相のリングとインバータ５０の対応する相の電力供給電線５５または出力端子とが結線されている。なお、インバータ５０の各相の電力供給電線５５は、二本ずつ設けられているが、このうち一本を省略することもできる。
【００２１】
なお、エンドブラケット７には、各電線を通過させるための貫通孔４７が設けられている。本実施形態では、９本のコイルの電線４５が存在するため、合計９個の貫通孔４７が設けられることになる。また、各貫通孔４７の表面は、セラミックスなどの絶縁体で覆われており、電線４５とエンドブラケット７が直に接触することが防止されている。
【００２２】
また、三本の導体リング２９は、各コイルのコイルエンドの軸方向上部を通過し、且つ貫通孔４７の略軸方向直上を通過するように、ステータコアの軸方向端面に略並行に配置されている。こうして、モータ１の各相のコイルから対応する前記導電性の結線部へ、軸方向へ真直ぐに各相のコイルを構成する電線４５を引き出すことが可能となり、各相のコイルから対応する前記導電性の結線部への距離が短縮できる。これは、コイルへの配線による損失の低減になり、配線からのノイズの発生も削減できる。
【００２３】
インバータ５０とモータ６０との結線は、以下のように行われる。まず、図３に示すように、モータ６０の各コイルを構成する電線４５をエンドブラケット７の貫通孔４７に通す。この後に、図４のように、同相のコイルを構成するすべての電線４５をそれぞれ対応する一つの導体リング２９に接続し、さらに導体リング２９をエンドブラケット７の側面の所定位置に絶縁部材２８上に固定する。なお先に導体リング２９を固定した後、電線４５を導体リング２９に接続しても良い。なお、絶縁部材２８上への導体リング２９の固定は、接着剤等を利用する通常の固定方法により可能である。さらに、図５のように、インバータ５０の電力供給電線５５を所定位置に固定された導体リング２９に接続する。このようにして、導体リング２９により、インバータ５０の駆動回路数とモータ６０の巻き線数が異なる場合においても、同相の電線４５を1箇所で接続することが可能となる。
【００２４】
本実施形態は、以下の効果を奏する。
【００２５】
（ア）モータ内での同相コイルの結合部分がなくなるため、モータを小型化できる。
【００２６】
（イ）導電性の結線部の形状がリング形状であるため、略円筒形状のモータに対して、インバータの電力供給電線とモータのコイル電線との接続が容易になる。
【００２７】
（ウ）電力供給電線の本数とモータのコイルの数が異なる場合でも、電線の結線部を一箇所に集約できるため、モータ駆動ユニットを小型化できる。
【００２８】
（エ）導電性の結線部がエンドブラケットの軸方向端面に絶縁体を介して取付けられ、前記導電性の結線部がエンドブラケットの軸方向端面から所定間隔空けて配置されることにより、結線部の位置決めが容易になる。
【００２９】
次に、図６から図８に本発明における第２の実施形態を示す。本実施形態において、インバータ５０の電力供給電線５５は、それぞれ図６のようにエンドブラケット７の一つの貫通孔４７を貫通した後に、図７のように各相ごとに一つの導体リング２９に接続する。この後、図８のように、モータ６０の電線４５は、同相のコイル電線がこれと同相の一つの導体リング２９と繋がるように、エンドブラケット７よりもモータ６０側の所定位置に固定された導体リング２９に接続する。導体リング２９は、第一の実施形態と同様に、絶縁部材によりエンドブラケット７に対して位置決めされている。他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００３０】
本実施形態は、第一実施形態の（イ）から（エ）の効果に加えて以下の効果を奏する。
【００３１】
（オ）インバータ側での電線の結合部分がなくなるため、インバータをモータ側に近づけて設置でき、インバータとモータ間の配線が短縮できる。
【００３２】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施形態によるモータ駆動ユニット（モータによる駆動力発生装置）を示す軸方向断面図である。
【図２】本発明におけるインバータとモータの結線図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における第1の工程を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における第2の工程を示す概略図である。
【図５】本発明の第1の実施形態における完成したモータ駆動ユニットを示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における第1の工程を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における第2の工程を示す概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における完成したモータ駆動ユニットを示す概略図である。
【符号の説明】
１ ステータ
２ ロータ
３ モータ軸
７ エンドブラケット
８ モータハウジング
２８ 絶縁部材
２９ 導体リング（電線結線部）
４５ コイル電線
４７ 貫通孔
５０ インバータ
５５ 電力供給電線
６０ モータ
７０ 差動減速機

Claims (7)

1. 構造部材を挟んで配置されるモータとインバータ間の結線方法であって、該モータが、各相に対して複数Ｎ個のコイルを有するものにおいて、
   前記構造部材に少なくとも複数Ｎ個の貫通孔を形成するステップと、
   各相の導電性の結線部を前記構造部材より前記インバータ側に配置するステップであって、各相の前記導電性の結線部を前記構造部材の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けるステップと、
   各相のそれぞれのコイルを構成する電線をそれぞれ前記構造部材の対応する一つの貫通孔に通すステップと、
   前記各相のコイルを構成する電線のすべてをこれと同相の前記導電性の結線部に結合するステップと、
   前記各相のコイルに同相の前記インバータの電力供給電線を前記導電性の結線部に結合するステップと、
   を有し、
   前記各相の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有することを特徴とする結線方法。
2. 構造部材を挟んで配置されるモータとインバータ間の結線方法であって、該インバータが複数Ｍ個の相を有するものにおいて、
   前記構造部材に少なくとも複数Ｍ個の貫通孔を形成するステップと、
   複数Ｍ個の導電性の結線部を前記構造部材より前記モータ側に配置するステップであって、前記複数Ｍ個の導電性の結線部を前記構造部材の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けるステップと、
   前記インバータの各相の電力供給電線をそれぞれ対応する一つの貫通孔に通すステップと、
   各相の電力供給電線を各相ごとに対応する導電性の結線部に結合するステップと、
   前記各相の電力供給電線から電流を供給されるコイル電線をすべて前記対応する導電性の結線部に結合するステップと、を有し、
   前記複数Ｍ個の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有することを特徴とする結線方法。
3. 各貫通孔の表面は絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の結線方法。
4. 前記電力供給電線の本数とモータのコイルの数が異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の結線方法。
5. 前記導電性の結線部がすべて前記構造部材の軸方向端面から同一の所定間隔空けて配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の結線方法。
6. 各相のコイルを相ごとに複数Ｎ個含んだ略円筒状のステータを有するモータと、
   前記モータをその内部に支持する構造部材と、
   前記構造部材の外側表面に取付けられ、前記各相のコイルへの交流電流を発生するインバータと、を有し、
   前記構造部材が前記ステータの軸方向端面と前記インバータとの間に位置するブラケット部を有しており、前記モータと前記ブラケット部と前記インバータが前記ステータの軸方向に沿って並べられて配置されるモータ駆動ユニットにおいて、
   前記各相のコイルへ交流電流を供給するためそれぞれインバータから引き出された各相の電力供給電線と、
   前記構造部材の外部に配置される複数の導電性の結線部であって、各結線部が、各相に対して設けられ、前記各相のコイルを構成する電線とこれと同相の電力供給電線とを接続するものと、を備え、
   前記構造部材の前記ブラケット部が少なくとも複数Ｎ個の貫通孔を有しており、
   前記各相のコイルの各コイルを構成する電線が各相に対して設けられる前記導電性の結線部に接続するために、それぞれ一つの貫通孔を通過し、
   前記複数の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有し、
   前記複数の導電性の結線部が前記ブラケット部の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けられることを特徴とするモータ駆動ユニット。
7. 複数Ｍ相のコイルを有するモータと、
   前記モータをその内部に支持する構造部材と、
   前記構造部材の外側表面に取付けられ、複数Ｍ相の交流電流を発生するインバータと、を有し、
   前記構造部材が前記ステータの軸方向端面と前記インバータとの間に位置するブラケット部を有しており、前記モータと前記ブラケット部と前記インバータが前記ステータの軸方向に沿って並べられて配置されるモータ駆動ユニットにおいて、
   前記インバータから引き出された複数Ｍ相の電力供給電線と、
   前記構造部材の内部に配置される複数Ｍ個の導電性の結線部であって、それぞれが一相の 供給電線と該一相の交流電流が供給される同相のコイルを構成する電線とを接続する導電性の結線部と、を備え、
   前記構造部材の前記ブラケット部が少なくとも複数Ｍ個の貫通孔を有しており、
   インバータから引き出されたＭ相の供給電線が、それぞれ、一つの導電性の結線部に接続するために一つの貫通孔を通過し、
   前記複数Ｍ個の導電性の結線部が互いに半径の異なるリング形状を有し、
   前記複数Ｍ個の導電性の結線部が前記ブラケット部の軸方向端面に設けた絶縁体に取付けられることを特徴とするモータ駆動ユニット。

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