JP5214064B2 - インバータ一体型駆動モジュール - Google Patents
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Description
特に、従来のインバータモジュールが電気自動車などの大容量の用途に適用される場合、大電流が流れるコイルでの発熱を抑えるために、断面積の大きな導体線がコイルに用いられるので、導体線が曲がりにくくなり、コイルの引出線とインバータ回路との接続、さらにはコイルの中性点の接続などの接続作業が煩雑となるという不具合があった。
また、相コイルのそれぞれがティース部のそれぞれに導体線を集中巻に巻回して構成されている場合には、引出線の数および中性点の結線数が著しく多くなり、上述の不具合が顕著となる。さらに、1つのインバータユニットから複数の同相の相コイルに給電する場合には、モータ内で曲げにくい導体線を用いてティース部間を跨いで同相の相コイル同士を結線する必要があった。
また、環状の中性点結線導体が、相コイルを構成する導体線の一端を軸方向に延伸させた位置に位置するようにモータの軸端に配設されている。そこで、ティース部に巻回された導体線の一端をモータの軸方向と平行に延伸させて中性点結線導体に接合できるので、導体線の端部の曲げが不要となり、相コイルの中性点の結線が簡易となる。
また、インバータユニットが、相コイルのそれぞれに対応して、交流出力端子が相コイルを構成する導体線の他端を軸方向に延伸させた位置に位置するように、モータの軸端に配設されている。そこで、ティース部に巻回された導体線の他端をモータの軸方向と平行に延伸させて、対応するインバータユニットの交流出力端子に接合できるので、導体線の曲げが不要となり、相コイルとインバータ回路との接続が簡易となる。
図1はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す斜視断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用される相コイルの構成を説明する斜視図、図3はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用される中性点結線導体の構造を説明する要部斜視図、図4はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるインバータユニットの構成を説明する模式図、図5はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットの交流出力端子と相コイルとの接続構造を説明する斜視図、図6はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用されるモータを示す断面図、図7はこの発明の実施の形態1に係るインバータ一体型駆動モジュールの回路図である。
導体線26は、銅などの良電気伝導材を用いて長方形断面を有する帯状体に作製されている。導体線26は、まず、ティース部22の径方向最外位置に、1段目に巻回された導体線26の上に2段目を巻回し、2段目に巻回された導体線26の上に3段目を巻回するようにして1列に所定段数巻回される。ついで、導体線26は、径方向内側に変位され、1列目の導体線26の巻回部に隣接して、1段目に巻回された導体線26の上に2段目を巻回し、2段目に巻回された導体線26の上に3段目を巻回するようにして1列に所定段数巻回される。このように、導体線26を径方向内側に変位しつつ所定段数、かつ所定列数巻回して、所定ターン数の相コイル25が作製される。
そして、24個のインバータユニット5の上アーム側スイッチング素子7と下アーム側スイッチング素子8が制御装置34によりON/OFF制御され、外部電源31から供給された直流電力が交流電力に変換される。交流電力は、交流出力端子11を介してステータコイル24に供給され、ステータ19に回転磁界が発生する。このステータ19の回転磁界と永久磁石18による磁界との相互作用により、回転力が発生し、ロータ14が回転駆動される。
また、電位の異なる中性点結線導体28がモータ13の軸方向の両側に配設されているので、電位の異なる中性点結線導体28間の絶縁が確保される。
まず、円形断面の導体線は、ティース部22に径方向最外位置から径方向最内位置まで1段目を巻き付け、ついでティース部22の径方向最内位置から径方向最外位置まで2段目を巻き付け、さらにティース部22に径方向最外位置から径方向最内位置まで3段目を巻き付けられる。このように、円形断面の導体線を径方向に往復移動させながら、所定段数、かつ所定列数巻回して、所定ターン数の相コイルが作製される。したがって、導体線の巻き終わり部の径方向位置、つまり、導体線の巻き始め部と巻き終わり部との径方向距離が、必要ターン数、導体線およびティース部の太さ、ティース部の径方向長さなどにより、変わってしまう。
図8はこの発明の実施の形態2に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットの交流出力端子と相コイルとの接続構造を説明する斜視図、図9はこの発明の実施の形態2に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用される中性点結線導体の構造を説明する要部斜視図、図10はこの発明の実施の形態2に係るインバータ一体型駆動モジュールに適用される相コイルの構成を説明する斜視図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
この実施の形態2では、相コイル25が、導体線26をフラットワイズにティース部22に巻回して構成されている。そこで、エッジワイズにティース部22に巻回している上記実施の形態1に比べ、導体線26をティース部22に巻回しやすくなり、相コイル25の作製が容易となる。
図11はこの発明の実施の形態3に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す斜視断面図、図12はこの発明の実施の形態3に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットの配列状態を説明する端面図である。
このよう構成されたインバータ一体型駆動モジュールにおいても、図7に示される電気回路が構成される。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
図13はこの発明の実施の形態4に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットの配列状態を説明する端面図である。
なお、他の構成は、上記実施の形態3と同様に構成されている。
この実施の形態4によれば、インバータユニット5が周方向に2列に配列されているので、インバータユニット5間の隙間が広くなり、発熱部品であるインバータユニット5が周方向に分散され、インバータユニット5の温度上昇が抑えられる。
図14はこの発明の実施の形態5に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるインバータユニットの配列状態を説明する端面図である。
なお、他の構成は、上記実施の形態4と同様に構成されている。
この実施の形態5によれば、交流出力端子11と、正極入力端子9および負極入力端子10とが、樹脂封止部12の異なる側面から取り出されているので、交流出力端子11と正極入力端子9および負極入力端子10との間の電気的絶縁を簡易に確保することができる。
図15はこの発明の実施の形態6に係るインバータ一体型駆動モジュールにおけるステータコイルの結線状態を説明する模式図である。
なお、他の構成は、上記実施の形態1と同様に構成されている。
図16はこの発明の実施の形態7に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す斜視断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
図17はこの発明の実施の形態8に係るインバータ一体型駆動モジュールを示す斜視断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態7と同様に構成されている。
この実施の形態8によれば、インバータモジュール4がモータ13の軸方向一側に配置されているので、相コイル25とインバータ回路との結線作業、および相コイル25の中性点の結線作業が簡易となる。
図18はこの発明の実施の形態9に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける交流出力端子と相コイルとの接続構造を説明する要部断面図である。
巻き終わり部26bと交流出力端子11との接合部53は、絶縁部材54により埋設されている。さらに、電磁遮蔽部材としての銅、アルミニウムなどの高導電率の金属製の金網55が絶縁部材54を覆うように装着されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
図19はこの発明の実施の形態10に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける交流出力端子と相コイルとの接続構造を説明する要部断面図である。
巻き終わり部26bと交流出力端子11との接合部53は、絶縁部材54により埋設されている。さらに、金網55が絶縁部材54を覆うように装着されている。
なお、他の構成は上記実施の形態2と同様に構成されている。
図20はこの発明の実施の形態11に係るインバータ一体型駆動モジュールにおける交流出力端子と相コイルとの接続構造を説明する要部断面図である。
なお、他の構成は、上記実施の形態10と同様に構成されている。
また、上記各実施の形態では、導体線の巻き終わり部をインバータユニットの交流出力端子に接合し、導体線の巻き始め部を中性点結線導体に接合するものとしているが、導体線の巻き始め部をインバータユニットの交流出力端子に接合し、導体線の巻き終わり部を中性点結線導体に接合してもよい。
Claims (14)
- ティース部のそれぞれに導体線を集中巻に巻回して形成された、該ティース部と同数の相コイルからなるステータコイルを有するステータ、上記導体線の一端を結線して上記相コイルを星形結線する環状の中性点結線導体、およびN極とS極とが交互に周方向に配列された磁極を有するロータから構成されるモータと、
それぞれ、正極側入力端子、負極側入力端子、正極側が該正極側入力端子に接続された上アーム側スイッチング素子、負極側が該負極側入力端子に接続された下アーム側スイッチング素子、および該上アーム側スイッチング素子の負極側と該下アーム側スイッチング素子の正極側とに接続された交流出力端子を備え、上記相コイルと同数のインバータユニットを有するインバータモジュールと、を備えたインバータ一体型駆動モジュールにおいて、
上記中性点結線導体は、上記相コイルを構成する上記導体線の一端を軸方向に延伸させた位置に位置するように上記モータの軸端に配設され、
上記インバータユニットのそれぞれは、上記相コイルのそれぞれに対応して、上記交流出力端子が上記相コイルを構成する上記導体線の他端を軸方向に延伸させた位置に位置するように、軸方向と直交する平面上で上記相コイルを構成する上記導体線の他端を軸方向に延伸させた位置からシフトして上記モータの軸端に配設され、
上記相コイルのそれぞれは、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端を上記モータの軸方向と平行に延伸させて、対応する上記インバータユニットの上記交流出力端子に接合され、かつ上記ティース部に巻回された上記導体線の一端を上記モータの軸方向と平行に延伸させて、上記中性点結線導体に接合されていることを特徴とするインバータ一体型駆動モジュール。 - 上記相コイルのそれぞれは、上記ティース部に巻回された上記導体線の一端および他端が径方向に離反して、かつ上記モータの軸方向の反対方向に延伸するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記相コイルは、上記ティース部に巻回された上記導体線の一端が上記モータの軸方向の一側と他側とに交互に延伸するように周方向に配設され、
上記中性点結線導体は、上記相コイルの上記導体線の一端を軸方向の一側に延伸させた位置に位置するように、上記モータの軸方向の一側の該モータの軸方向と直交する平面上に環状に配設される第1中性点結線導体と、上記相コイルの上記導体線の一端を軸方向の他側に延伸させた位置に位置するように、上記モータの軸方向の他側の該モータの軸方向と直交する平面上に環状に配設される第2中性点結線導体とを有し、
半数の上記インバータユニットが、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端が上記モータの軸方向の他側に延伸する上記相コイルのそれぞれに対応するように該モータの軸方向の他側の該モータの軸方向と直交する平面上に周方向に1列に配設され、
上記半数のインバータユニットのそれぞれの交流出力端子が、上記相コイルの上記モータの軸方向の他側に延伸する上記導体線の他端に接合され、かつ上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の一端が上記第1中性点結線導体に接合されて第1の3相交流巻線を構成し、
残りの半数の上記インバータユニットが、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端が上記モータの軸方向の一側に延伸する上記相コイルのそれぞれに対応するように該モータの軸方向の一側の該モータの軸方向と直交する平面上に周方向に1列に配設され、
上記残りの半数のインバータユニットのそれぞれの交流出力端子が、上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の他端に接合され、かつ上記相コイルの上記モータの軸方向の他側に延伸する上記導体線の一端が上記第2中性点結線導体に接合されて第2の3相交流巻線を構成していることを特徴とする請求項2記載のインバータ一体型駆動モジュール。 - 上記相コイルは、上記ティース部に巻回された上記導体線の一端が径方向外側と内側とから上記モータの軸方向の他側に交互に延伸するように周方向に配設され、
上記中性点結線導体は、それぞれ、上記相コイルの上記導体線の一端を径方向内側と外側とから軸方向の他側に延伸させた位置に位置するように、上記モータの軸方向の他側の該モータの軸方向と直交する平面上に同心状に配設される環状の第1中性点結線導体と環状の第2中性点結線導体とを有し、
半数の上記インバータユニットが、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端が径方向外側から上記モータの軸方向の一側に延伸する上記相コイルのそれぞれに対応するように該モータの軸方向の一側の該モータの軸方向と直交する平面上に周方向に1列に配設され、
上記半数のインバータユニットのそれぞれの交流出力端子が、径方向外側から上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の他端に接合され、かつ径方向内側から上記相コイルの上記モータの軸方向の他側に延伸する上記導体線の一端が上記第1中性点結線導体に接合されて第1の3相交流巻線を構成し、
残りの半数の上記インバータユニットが、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端が径方向内側から上記モータの軸方向の一側に延伸する上記相コイルのそれぞれに対応するように、上記半数のインバータユニットが配設されている上記平面上に周方向に1列に配設され、
上記残りの半数のインバータユニットのそれぞれの交流出力端子が、径方向内側から上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の他端に接合され、かつ径方向外側から上記相コイルの上記モータの軸方向の他側に延伸する上記導体線の一端が上記第2中性点結線導体に接合されて第2の3相交流巻線を構成していることを特徴とする請求項2記載のインバータ一体型駆動モジュール。 - 上記半数のインバータユニットと上記残りの半数のインバータユニットとが、周方向に交互に一列に配列されていることを特徴とする請求項4記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記半数のインバータユニットと上記残りの半数のインバータユニットとが、径方向の内径側と外径側とに分かれて、周方向に二列に配列されていることを特徴とする請求項4記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記モータは、ロータの磁極数とステータのティース部の数との比が、5:6若しくは7:6に構成されていることを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記第1および第2の3相交流巻線のそれぞれは、ロータの磁極数と相コイルの本数との2以上の公約数に等しい個数の3相巻線に分割され、分割された上記3相巻線のそれぞれが上記相コイルを専用の中性点結線導体を介して接続して構成され、互いに電気的に離れていることを特徴とする請求項3乃至請求項7のいずれか1項に記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記相コイルは、上記ティース部に巻回された上記導体線の一端が径方向外側と内側との一方から上記モータの軸方向の他側に延伸するように周方向に配設され、
上記中性点結線導体は、上記相コイルの上記導体線の一端を軸方向の他側に延伸させた位置に位置するように、上記モータの軸方向の他側の該モータの軸方向と直交する平面上に配設され、
上記インバータユニットが、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端が上記モータの軸方向の一側に延伸する上記相コイルのそれぞれに対応するように該モータの軸方向の一側の該モータの軸方向と直交する平面上に周方向に1列に配設され、
上記インバータユニットのそれぞれの交流出力端子が、上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の他端に接合され、かつ上記相コイルの上記モータの軸方向の他側に延伸する上記導体線の一端が上記中性点結線導体に接合されて3相交流巻線を構成していることを特徴とする請求項2記載のインバータ一体型駆動モジュール。 - 上記相コイルのそれぞれは、上記ティース部に巻回された上記導体線の一端および他端が径方向に離反して、かつ上記モータの軸方向の一側に延伸するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記相コイルは、上記導体線の一端が径方向外側と内側との一方から上記モータの軸方向の一側に延伸するように周方向に配設され、
上記中性点結線導体は、上記相コイルの上記導体線の一端を軸方向の一側に延伸させた位置に位置するように、上記モータの軸方向の一側の該モータの軸方向と直交する平面上に配設され、
上記インバータユニットが、上記ティース部に巻回された上記導体線の他端が上記モータの軸方向の一側に延伸する上記相コイルのそれぞれに対応するように該モータの軸方向の一側の該モータの軸方向と直交する平面上に周方向に1列に配設され、
上記インバータユニットのそれぞれの交流出力端子が、上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の他端に接合され、かつ上記相コイルの上記モータの軸方向の一側に延伸する上記導体線の一端が上記中性点結線導体に接合されて3相交流巻線を構成していることを特徴とする請求項10記載のインバータ一体型駆動モジュール。 - 上記相コイルのそれぞれは、長方形断面を有する帯状体に作製された上記導体線をエッジワイズ、又はフラットワイズに上記ティース部に巻回して構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載のインバータ一体型駆動モジュール。
- 上記交流出力端子は、長方形断面を有する導体板により作製され、
上記交流出力端子と上記相コイルの上記導体線の他端とが、長方形断面の長辺により構成される平面同士を対向させて接合されていることを特徴とする請求項12記載のインバータ一体型駆動モジュール。 - 上記交流出力端子と上記相コイルの上記導体線の他端との接合部が絶縁部材および電磁遮蔽部材の少なくとも一方で覆われていることを特徴とする請求項13記載のインバータ一体型駆動モジュール。
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