JP5870797B2 - コンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相同期モータならびに、該三相同期モータを駆動するためのコンデンサおよびインバータの三者を一体型構造にしたモータ装置に関する。

近年、走行用駆動源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両が急速に普及しつつあり、各種方式の駆動装置が実用化されている。モータには三相同期モータを用いる場合が多く、力行時には車載のバッテリ電源からの給電により駆動輪を駆動し、制動時には回生発電を行ってバッテリ電源を充電する。このため、モータとバッテリ電源との間にコンデンサおよびインバータ装置を並列接続した駆動制御部を設けて、双方向の電力変換を行わせるのが一般的になっている。ハイブリッド車両は、複数の走行用駆動源を有するがゆえに構成部品点数が多くなりがちであり、エンジン車両と比較して搭載スペースの制約が厳しい。このため、モータ、コンデンサおよびインバータ装置のそれぞれの小形軽量化や、これらの装置の複合一体化が強く要望されている。

本願出願人は、この種の車載用途に適したインバータ装置およびインバータ一体型モータを特許文献１に開示している。特許文献１のインバータ装置は、正三角形のパワー半導体チップを複数接続してパワー半導体モジュールを構成し、６個のパワー半導体モジュールを正六角形状に配置している。これにより、モジュールをスペース効率よく配置できて、インバータ装置を小形化できる。さらに、特許文献１のインバータ一体型モータは、インバータ装置の中心とモータの回転軸とを一致させて一体化している。つまり、インバータ装置がリング形状（環状）となっているので、概ね円形断面を有するモータと形状が整合して一体化に好適であり、かつ小形化を達成できる。

特開２００９−８８４６６号公報

ところで、特許文献１では、インバータとモータの一体化技術を開示したが、コンデンサを含めた三者の一体化技術については言及していない。また、一体化するときの具体的な構造は開示されておらず、一体化に伴う種々の問題点とその対応策、および小形軽量化に適した構造は明らかになっていない。例えば、電気的な接続方法や接続導体の配置、放射される誘導ノイズや電波ノイズの抑制策、インバータ装置およびモータの冷却構造、回転センサの配置などを適正化して、性能向上、小形軽量化、およびコスト低減を実現することが好ましい。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、一体型構造を採用することで小形軽量化を実現するとともにノイズの発生を抑制したコスト低廉なコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置の発明は、ハウジングに中心軸線回りに回転可能に軸承されたロータ、および三相の電機子巻線が前記ロータの回りに配置されて前記ハウジングに固定されたステータを備えた三相同期モータと、通電位相を制御するパワー半導体モジュールをそれぞれ含み直流電源に接続される三相の上アームおよび下アームを有し、前記三相の上アームと下アームとの間の各レッグが前記ステータの各電機子巻線にそれぞれ接続され、前記中心軸線回りに環状に構成されたインバータ装置と、前記中心軸線と同軸に形成された環状空間内に収容された静電容量部、前記直流電源の正極端子に接続され前記環状空間の内周面および外周面の一方に沿って延在し前記インバータ装置の正極端子および前記静電容量部の正電極板に接続される正極接続部、および前記直流電源の負極端子に接続され前記環状空間の内周面および外周面の他方に沿って延在し前記インバータ装置の負極端子および前記静電容量部の負電極板に接続される負極接続部を備えたコンデンサとが、前記インバータ装置を間にして前記中心軸線上に配置され一体化されている。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記インバータ装置と前記ステータとの間に環状の冷却装置を前記中心軸線上にさらに備え、前記インバータ装置は前記冷却装置の冷却面上に配置されている。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記ハウジングの外周壁を、前記ロータの前記インバータ装置側を軸承する後壁から前記中心軸線方向の後方側に延長した延長部分に、前記インバータ装置および前記コンデンサを内蔵させた。

請求項４に係る発明は、請求項３において、前記延長部分の後方端部を閉鎖する蓋材の前記中心軸線上に穿設した配線穴に、同軸内外配置された一対のバスバーが固定され、一方のバスバーの一端が前記直流電源の正極に接続され、他端が前記コンデンサの正極接続部に接続され、他方のバスバーの一端が前記直流電源の負極に接続され、他端が前記コンデンサの負極接続部に接続される。

請求項５に係る発明は、請求項３または４において、前記コンデンサの前記三相同期モータに対向する前壁に設けられて前記インバータ装置の内周空間に突出し、前記ロータの回転を検出する回転センサをさらに備える。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記正極接続部および前記負極接続部の一方は、内周筒部および該内周筒部から外周側に延在する一側面部を備え、前記正極接続部および前記負極接続部の他方は、前記内周筒部と同軸線上に配置された外周筒部および該外周筒部から内周側に延在する他側面部を備え、前記環状空間は、前記内周筒部、前記一側面部、前記外周筒部および前記他側面部の間に形成されている。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、前記インバータ装置の前記三相のレッグを相順にしたがって回転対称に配置し、前記三相同期モータの前記電機子巻線の個数を前記レッグの個数に一致させた。

請求項８に係る発明は、請求項７において、前記レッグおよび前記電機子巻線の個数はそれぞれ、３個、６個、９個、および１８個のいずれかである。

請求項１に係るコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置の発明では、ロータおよびステータを備えた三相同期モータと、環状に構成されたインバータ装置と、環状空間内に収容された静電容量部を備えたコンデンサとが、インバータ装置を間にして中心軸線上に配置され一体化されている。これらの装置は形状が整合しており、一体型構造を採用することで小形軽量化を実現できる。また、構成部材の点数を削減したり、電気接続用の導体長さを短くしたりできるので、コストが低廉になる。

請求項２に係る発明では、インバータ装置とステータとの間に環状の冷却装置を中心軸線上にさらに備え、インバータ装着は冷却装置の冷却面上に配置されている。インバータ装置を強制冷却する構成では、環状の冷却装置を採用することにより形状が整合して一体化による小形軽量化の効果が顕著になる。また、環状の冷却装置をモータの冷却用に兼用してコストを低廉化することもできる。

請求項３に係る発明では、モータのハウジングを後方側に延長した延長部分に、インバータ装置およびコンデンサを内蔵させている。したがって、個別ハウシングに代えて１つの共通ハウジングがあればよいので、小形軽量化およびコスト低廉化を実現できる。

請求項４に係る発明では、延長部分の後方端部の蓋材の配線穴に、同軸内外配置された一対のバスバーが固定されて、直流電力が供給されるようになっている。同軸内外配置された一対のバスバーでは、電気的な平衡性が良好で浮遊インダクタンスや浮遊静電容量の影響が軽減されるので、誘導ノイズや電波ノイズの発生および放射を抑制できる。

請求項５に係る発明では、コンデンサの前壁に設けられてインバータ装置の内周空間に突出しロータの回転を検出する回転センサをさらに備えている。したがって、回転センサの配設スペースを削減するとともに配設部材を簡素化して、小形軽量化およびコスト低廉化に寄与できる。

請求項６に係る発明では、コンデンサの環状空間は、内周筒部、一側面部、外周筒部、および他側面部の間に形成されており、限られた設置スペースでコンデンサを大容量化できる。

請求項７に係る発明では、インバータ装置の三相のレッグを相順にしたがって回転対称に配置し、三相同期モータの電機子巻線の個数をレッグの個数に一致させている。さらに、請求項８に係る発明では、レッグおよび電機子巻線の個数はそれぞれ、３個、６個、９個、および１８個のいずれかとされている。したがって、レッグと電機子巻線とを一対一に対応付けて最短で接続することができる。これにより、モータ電流が流れる閉ループの鎖交面積を最小にして、誘導ノイズおよび電波ノイズを抑制できる。

第１実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置を概念的に説明する側面図である。 図１の後方Ｚ方向から見た三相同期モータの中心軸線と直角な断面図である。 （１）は図１の後方Ｘ方向から見た冷却ジャケットの外形図、（２）は後方Ｙ方向から見た冷却ジャケットの中心軸線と直角な断面図である。 第２実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置を説明する側面断面図である。 第３実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置を説明する側面断面図である。 第４実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置を説明する側面断面図である。 三相同期モータが３個の電機子巻線を有するときのインバータ装置との結線方法を説明する図であり、（１）はインバータ装置の回路図、（２）は結線図である。 三相同期モータが６個の電機子巻線を有するときのインバータ装置との結線方法を説明する図であり、（１）はインバータ装置の回路図、（２）は結線図である。

本発明の第１実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置１（以下モータ装置１と略記）について、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、第１実施形態のモータ装置１を概念的に説明する側面図である。モータ装置１は、三相同期モータ３と、環状に構成されたインバータ装置４と、環状空間内に収容された静電容量部を備えたコンデンサ５とが、インバータ装置４を間にして中心軸線ＡＸ上に配置され一体化されて構成されている。ここで、三相同期モータ３側（図１の右方）を前方とし、コンデンサ５側（図１の左方）を後方とする（第２実施形態以降でも同様）。

モータ装置１は、図１に示されるように、インバータ装置４と三相同期モータ３との間に、冷却装置に相当する環状の冷却ジャケット６を中心軸線ＡＸ上にさらに備え、インバータ装置４は冷却ジャケット６の後方側の冷却面上に配置されている。三相同期モータ３の出力軸３３は、前方に突出している。また、後方からコンデンサ５へと同軸内外配置された一対のバスバー７１、７３が接続されており、直流電力が供給されるようになっている。インバータ装置４は、直流電力を三相電力に変換して三相同期モータ３に出力する。

図２は、図１の後方Ｚ方向から見た三相同期モータ３の中心軸線ＡＸと直角な断面図である。三相同期モータ３は、内周側のロータ３１および外周側のステータ３５で構成されている。ロータ３１は、ロータコア３２、出力軸３３、および４個の磁極３４などで構成されている。ロータコア３２は、多数枚の環状の電磁鋼板が積層されて円筒状に形成され、その中心に出力軸３３が一体回転するように挿通されている。さらに、ロータコア３２の出力軸３３の周りには、４個の磁極３４が周方向に９０°ピッチでＮ極およびＳ極が交互に配置されるように埋め込まれている。ロータ３１は、中心軸線ＡＸの前方側および後方側の２箇所で、図略のハウジングの軸受部材により回転自在に軸承されている。

ステータ３５は、ロータ３１の周りにわずかな間隙を有して配設され、ステータコア３６および６個の電機子巻線３８などで構成されている。ステータコア３６は、ロータコア３２側よりも大きな多数枚の電磁鋼板が積層されて円筒状に形成され、図略のハウジングの円筒状の内周面に固設されている。ステータコア３６は、周方向に６０°ピッチで配置されて中心方向に向かう６個の磁極ティース３７を有している。各磁極ティース３７の周囲のスロットに導体が巻回されて、３相各２個の合計６個の電機子巻線３８が形成されている。６個の電機子巻線３８は、相順にしたがいインバータ装置４に接続されている。

図３の（１）は図１の後方Ｘ方向から見た冷却ジャケット６の外形図、（２）は後方Ｙ方向から見た冷却ジャケット６の中心軸線ＡＸと直角な断面図である。冷却ジャケット６は、冷却水を強制循環してインバータ装置４を冷却する部位である。図３の（１）に示されるように、冷却ジャケット６は、中心軸線ＡＸ位置に中心孔６１を有して中空環状に形成されている。さらに、冷却ジャケット６の径方向の端部寄りの３箇所に、軸線方向に延在する固定孔６２が設けられ、ハウジングに固定されるようになっている。

図３の（２）に示されるように、冷却ジャケット６は、外周縁に並んだ給水口６３および排水口６４を有している。冷却ジャケット６の内部は径方向の仕切り壁６５により区画されており、冷却水は、図中の時計回りに流れる。さらに、周方向の分流壁６６により、周方向の流れが分割されるようになっている。給水口６３および排水口６４は、図略の放熱器に連通されており、図略の送水ポンプにより冷却水が循環されるようになっている。冷却水は、給水口６３から内部に流入し、図中の時計回りに流れてインバータ装置４から熱を受け取って温まる。温まった冷却水は、排水口６４から排出され、放熱器に流入して冷却される。冷たくなった冷却水は、再び給水口６３に供給される。

第1実施形態のモータ装置１では、三相同期モータ３、インバータ装置４、およびコンデンサ５の形状が整合しており、一体型構造を採用することで装置１の小形軽量化を実現できる。また、構成部材の点数を削減したり、電気接続用の導体長さを短くしたりできるので、コストが低廉になる。また、インバータ装置４と三相同期モータ３との間に設けられた環状の冷却ジャケット６も形状が整合しているので、一体化による小形軽量化の効果が顕著になる。さらに、直流電力を供給するために同軸内外配置された一対のバスバー７１、７３は、電気的な平衡性が良好で浮遊インダクタンスや浮遊静電容量の影響が軽減されるので、誘導ノイズや電波ノイズの発生および放射を抑制できる。

次に、より具体的に構造を示した第２実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置１Ａ（以下モータ装置１Ａと略記）について、図４を参考にして説明する。図４は、第２実施形態のモータ装置１Ａを説明する側面断面図である。モータ装置１は、三相同期モータ３Ａ、インバータ装置４Ａ、コンデンサ５Ａ、および冷却ジャケット６Ａが中心軸線ＡＸ上に配置され、ハウシング２内で一体化されて構成されている。

ハウシング２は、図４に示されるように、三相同期モータ３Ａを収容するモータハウジン部２１、ならびにインバータ装置４Ａ、コンデンサ５Ａ、および冷却ジャケット６Ａを収容する延長ハウジング部２５で構成されている。モータハウジン部２１は、概ね円筒状の周壁２１１、環形の前壁２１２、および環形の後壁２１３で形成されている。前壁２１２および後壁２１３の中央にはそれぞれ、軸受部材２２、２３が配設されている。また、後壁２１３には、後述する接続導体４２を通す接続孔２４が必要数だけ穿設されている。延長ハウジング部２５は、周壁２１１よりも小径で後壁２１２から中心軸線方向ＡＸの後方側に延在する円筒状の延長周壁２５１、および延長周壁２５１の後方端部を閉鎖する蓋材２５２で形成されている。蓋材２５２の中央には、配線穴２６が穿設されている。

三相同期モータ３Ａは、内周側のロータ３１Ａおよび外周側のステータ３５Ａで構成されている。ロータ３１Ａは、ロータコア３２Ａ、出力軸３３Ａ、および図略の磁極などで構成されている。ロータコア３２Ａは、多数枚の環状の電磁鋼板が中心軸線ＡＸ方向に積層されて円筒状に形成され、その中心に出力軸３３Ａが一体回転するように挿通されている。さらに、ロータコア３２Ａの出力軸３３Ａの周りには、図略の磁極が等ピッチでＮ極およびＳ極が交互に配置されるように埋め込まれている。ロータ３１Ａは、前方側および後方側の２箇所で、ハウジング２側の軸受部材２２、２３により回転自在に軸承されている。

ステータ３５Ａは、ロータ３１Ａの周りにわずかな間隙を有して配設され、ステータコア３６Ａおよび電機子巻線３８Ａなどで構成されている。ステータコア３６Ａは、ロータコア３２Ａ側よりも大きな多数枚の環状の電磁鋼板が積層されて円筒状に形成され、周壁２１１の円筒状の内周面に固設されている。ステータコア３６Ａは、周方向に等ピッチで配置されて中心方向に向かう磁極ティース３７Ａを有している。各磁極ティース３７Ａの周りのスロットに導体が巻回されて、電機子巻線３８Ａが形成されている。

冷却ジャケット６Ａは、中心軸線ＡＸの周りに環状に形成され、回転断面は中空の矩形になっている。冷却ジャケット６Ａは、後壁２１３の後面の軸受部材２３よりも外周側に固設されている。冷却ジャケット６Ａの内部空間は、冷却水が周方向に強制循環されるようになっている。冷却ジャケット６Ａの後面６７に、インバータ装置４Ａが固設されている。

インバータ装置４Ａは、通電位相を制御して電力変換を行う三相の上アームおよび下アームがそれぞれ、ＩＧＢＴ素子４１Ｈ、４１Ｌ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子）で構成されている。図示されるように、ＩＧＢＴ素子４１Ｈ，４１Ｌは積層構造とされ、図中の左側から順番にエミッタ電極Ｅ、コレクタ電極Ｃ、絶縁体Ｉ１、接続導体４２、絶縁体Ｉ２が積層されている。接続導体４２は、後壁２１３の接続孔２４を通り抜けて三相同期モータ３Ａの電機子巻線３８Ａに接続されている。図中の中心軸線ＡＸよりも下側に例示された上アーム側のＩＧＢＴ素子４１Ｈでは、コレクタ電極Ｃが接続リード４３によりコンデンサ５Ａの正極接続部５２に接続されている。また、図中の中心軸線ＡＸよりも上側に例示された下アーム側のＩＧＢＴ素子４１Ｌでは、エミッタ電極Ｅが接続リード４４によりコンデンサ５Ａの負極接続部５３に接続されている。なお、ＩＧＢＴ素子４１Ｈ、４１Ｌの詳細な内部構造および電気的特性については、必要であれば背景技術で引用した特許文献１を参照されたい。

コンデンサ５Ａは、中心軸線ＡＸに中空部分を有する円筒形状の中空筒型コンデンサである。コンデンサ５Ａは、正極接続部５２、負極接続部５３、および静電容量部５４で構成され、中心軸線ＡＸの周りに回転対称形状となっている。正極接続部５２は、円筒状の内周筒部５２１、および内周筒部５２１の一方の端部から外向きフランジ状に延在する正極側面部５２２（一側面部）を有している。負極接続部５３は、円筒状の外周筒部５３１、および外周筒部５３１の他方の端部から内向きフランジ状に延在する負極側面部５３２（他側面部）を有している。外周筒部５３１の一方の端部は、拡径されて大径接続部５３３が形成されている。外周筒部５３１は、絶縁部材５３４を用いて延長周壁２５１の内周面に保持されている。

内周筒部５２１、正極側面部５２２、外周筒部５３１、および負極側面部５３２の間には環状空間が形成されている。静電容量部５４は、環状空間の内部で正電極板５４１、負電極板５４２および薄膜状の誘電体５４３が渦巻き状に巻回された巻き構造に形成されている。正電極板５４１は、正極接続部５２の正極側面部５２２に接続されるとともに、負極接続部５３の負極側面部５３２に接近されている。負電極板５４２は、負極側面部５３２に接続されるとともに、正極側面部５２２に接近されている。ている。なお、コンデンサ５Ａの内部構造は上記に限定されず、例えば、積層構造としてもよい。

さらに、内周筒部５２１の後部の内周面には、蓋材２５２の配線穴２６を通り抜けて後方に延在する筒状の内側接続部５５が設けられている。一方、外周筒部５３１の大径接続部５３３の内周側には、外側テーパ部材５６が接続されている。外側テーパ部材５６は、まず半径方向内向きに縮径され、次いで後方に向かいながらテーパ状に徐々に縮径され、テーパ状の先端は配線穴２６を通り抜ける一定径の筒状の外側接続部５７になっている。外側接続部５７の外周面には雄ねじ５７１が刻設されている。外側テーパ部材５６は、絶縁部材５６１を用いて蓋材２５２に保持されている。内側接続部５５および外側接続部５７は、中心軸線ＡＸを共有して同軸内外に配置され、同軸内外配置された一対のブスバー７１、７３が接続される。

図示されるように、中心ブスバー７１の外周面には絶縁層７２が設けられて周囲ブスバー７３と絶縁されている。周囲ブスバー７３の外周面は、別の絶縁層７４により絶縁被覆されている。中心ブスバー７１の前方の先端は細く加工されて圧入端子部７１１が形成されている。また、周囲ブスバー７３の前方の先端には、相対回転可能な環状の連結ナット７６が設けられている。連結ナット７６の内周面の後側は周囲ブスバー７３に接し、内周面の前側には外側接続部５７の雄ねじ５７１に螺合する雌ねじ７６１が刻設されている。連結ナット７６の外周面は六角形状とされ、レンチにより回動されるようになっている。

未接続の中心ブスバー７１および周囲ブスバー７３を中心軸線方向ＡＸに沿い内側接続部５５および外側接続部５７に向けて進め、連結部ナット７６を回動することで接続を行う。これにより、圧入端子部７１１が内側接続部５５の内周側に圧入され、中心ブスバー７１が正極接続部５２に接続される。また、連結ナット７６が外側接続部５７に螺合して、周囲ブスバー７３が負極接続部５３に接続される。中心ブスバー７１の後方端は直流電源ＤＣの正極端子に接続され、周囲ブスバー７３の後方端は直流電源ＤＣの負極端子に接続される。これにより、正極接続部５２は正電極になり、負極接続部５３は負電極になる。なお、中心ブスバー７１および周囲ブスバー７３は、同軸ケーブルに代えることもできる。

また、コンデンサ５Ａの前側には前壁５８が設けられ、前壁５８の前側に回転センサ８が固設されている。回転センサ８は環状であり、インバータ装置４Ａの内周空間に突出するとともに、出力軸３３Ａの後端に臨んでいる。回転センサ８には、公知のレゾルバやロータリエンコーダなどを用いることができ、三相同期モータ３Ａのロータ３１Ａの回転数を検出する。

第２実施形態のモータ装置１Ａによれば、第１実施形態と同様の効果が発生し、さらに次の効果も生じる。すなわち、三相同期モータ３Ａ、インバータ装置４Ａ、およびコンデンサ５Ａを複合一体化したので、個別のハウジングに代えて１つの共通のハウジング２とすることができ、小形軽量化およびコスト低廉化の効果が顕著になる。また、コンデンサ５Ａの前壁５８の前側にインバータ装置４Ａの内周空間を有効活用して回転センサ８を設けることができるので、回転センサ８の配設スペースを削減するとともに配設部材を簡素化して、小形軽量化およびコスト低廉化に寄与できる。また、コンデンサ５Ａの内周筒部５１１、正極側面部５１２、外周筒部５２１、および負極側面部５２２の間に形成された環状空間に、デッドスペースを生じることなく静電容量部５４を形成でき、限られたスペースでコンデンサを大容量化できる。

次に、第２実施形態のモータ装置１Ａの構造を踏襲しつつ寸法諸元を変更した第３および第４実施形態のモータ装置１Ｂ、１Ｃについて、第１および第２実施形態と異なる点を主に説明する。図５は第３実施形態のモータ装置１Ｂを説明する側面断面図であり、図６は第４実施形態のモータ装置１Ｃを説明する側面断面図である。

図５に示された第３実施形態のモータ装置１Ｂは、高回転数の出力要求に対応した構造とされている。三相同期モータ３Ｂは、直径に対して相対的に軸長が長く、このためイナーシャは小さくなっている。また、電機子巻線３８Ｂの個数（極数）は、３個や６個などと少なくなっている。さらに、三相同期モータ３Ｂが中心軸線ＡＸ方向に長く小径化されたことに整合して、インバータ装置４Ｂ、コンデンサ５Ｂ、および冷却ジャケット６Ｂは三相同期モータ３Ｂと概ね同径に構成され、相対的に中心軸線ＡＸ方向に拡がっている。したがって、ハウジング２Ｂは、周壁２１１Ｂおよび延長周壁２５１Ｂが等しい外径となり、製造が容易でかつ低コスト化されている。

なお、図５で、延長周壁２５１Ｂを貫通して図中の下方に中継導体２８が引き出されている。中継導体２８は、コンデンサ５Ｂに供給された直流電力をインバータ装置４Ｂ以外に供給するための部材である。

また、図６に示された第４実施形態のモータ装置１Ｃは、大トルクの出力要求に対応した構造とされている。三相同期モータ３Ｃは、軸長に対して相対的に直径が大きく、このためイナーシャは大きくなっている。また、電機子巻線３８Ｂの個数（極数）は、１８個などと多極化されている。さらに、三相同期モータ３Ｂが大径化されたことに整合して、インバータ装置４Ｃ、コンデンサ５Ｃ、および冷却ジャケット６Ｃが三相同期モータ３Ｃと概ね同径に構成され、中心軸線ＡＸ方向に薄型化されている。したがって、ハウジング２Ｃは、周壁２１１Ｃおよび延長周壁２５１Ｃが等しい外径となり、製造が容易でかつ低コスト化されている。

第３および第４実施形態のモータ装置１Ｂ、１Ｃよれば、三相同期モータ３Ｂ、３Ｃの構造に応じ、必要とされる静電容量値および低インピーダンス値を確保するようにコンデンサ５Ｂ、５Ｃを設計することができる。これにより、コンデンサ５Ｂ、５Ｃはインバータ装置４Ｂ、４Ｃの要求電流に対して良好に応答でき、モータ装置１Ｂ、１Ｃは安定して動作する。なお、第３および第４実施形態のモータ装置１Ｂ、１Ｃのその他の効果は、第１および第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。

次に、三相同期モータとインバータ装置との結線方法について、第３実施形態の構成を例にして説明する。図７は、三相同期モータ３Ｄが３個の電機子巻線３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗを有するときのインバータ装置４Ｄとの結線方法を説明する図であり、（１）はインバータ装置４Ｄの回路図、（２）は結線図である。また、図８は、三相同期モータ３Ｅが６個の電機子巻線を有するときのインバータ装置４Ｅとの結線方法を説明する図であり、（１）はインバータ装置４Ｅの回路図、（２）は結線図である。図７の（２）および図８の（２）は、図５のＲ方向視図およびＳ方向視図を上下に並べて示しており、スケールアウトした模式図である。

三相同期モータ３Ｄが３相各１個の合計３個の電機子巻線を有するとき、図７の（１）に示されるように、各相が単一の上アームおよび下アームからなる６アームのインバータ装置４Ｄを用いる。インバータ装置４Ｄの各相の上アームおよび下アームを構成する６個のＩＧＢＴ素子４１Ｈ、４１Ｌのそれぞれは、図７の（２）に示されるように、６個の正三角形のパワー半導体チップか連結された正六角形状とされている。また、各相の上アームおよび下アームは、周方向に隣接し、かつ相順にしたがって順番に配設されている。

具体的には、６０°ピッチで図中の時計回りにＵ相上アームＩＧＢＴ素子４１ＨＵ、Ｖ相下アームＩＧＢＴ素子４１ＬＶおよびＶ相上アームＩＧＢＴ素子４１ＨＶ、Ｗ相下アームＩＧＢＴ素子４１ＬＷおよびＷ相上アームＩＧＢＴ素子４１ＨＷ、Ｕ相下アームＩＧＢＴ素子４１ＬＵの順番に配設されている。これらは、中心側正電極である正極接続部５２および外周側負電極である負極接続部５３に接続されている。さらに、各相の上アームと下アームとの間には、レッグとして径方向に延在する各相の出力導体４５Ｕ、４５Ｗ、４５Ｗが配設されている。なお、図７の（１）に示されている整流ダイオードは、図７の（２）では２個の正三角形で示されている。インバータ装置４Ｄの詳細な構成については、必要であれば背景技術で引用した特許文献１を参照されたい。

一方、三相同期モータ３Ｄのステータ３５Ｄには、三相各１個の電機子巻線３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗが、相順にしたがって１２０°ピッチで回転対称に配置されている。電機子巻線３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗの個数３個は、レッグである出力導体４５Ｕ、４５Ｗ、４５Ｗの個数３個に一致している。かつ、同相の電機子巻線３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗと出力導体４５Ｕ、４５Ｖ、４５Ｗとが、中心軸線ＡＸ方向に並ぶように配置されている。したがって、両者をそれぞれ接続する接続導体４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、中心軸線ＡＸ方向に延在すればよく、周方向の引き回しは不要になって最短化される。

三相同期モータ３Ｅが３相各２個の合計６個の電機子巻線を有するとき、図８の（１）に示されるように、各相が２並列の上アームおよび下アームからなる１２アームのインバータ装置４Ｅを用いる。インバータ装置４Ｅの各相の上アームおよび下アームを構成する１２個のＩＧＢＴ素子４１Ｈ、４１Ｌのそれぞれは、図８の（２）に示されるように、３個の正三角形のパワー半導体チップからなる等脚台形状とされている。また、上アームのＩＧＢＴ素子４１Ｈおよび下アームのＩＧＢＴ素子４１Ｌは、等脚台形状の長い下底同士で隣接して正六角形状とされ前者が内周側、後者が外周側に配置されている（図中に１箇所だけ符号を付して例示）。

上アームのＩＧＢＴ素子４１Ｈは中心側正電極である正極接続部５２に接続され、下アームのＩＧＢＴ素子４１Ｌは外周側負電極である負極接続部５３に接続されている。さらに、それぞれの上アームと下アームとの間のレッグとして、下アームの各ＩＧＢＴ素子４１Ｌの外周側に各相２個の出力導体４５Ｕ１、４５Ｕ２、４５Ｖ１、４５Ｖ２、４５Ｗ１、４５Ｗ２が配設されている。なお、図８の（１）に示されている整流ダイオードは、図８の（２）では１個の正三角形で示されている。

一方、三相同期モータ３Ｄのステータ３５Ｄには、三相各２個の合計６個の電機子巻線３８Ｕ１、３８Ｕ２、３８Ｖ１、３８Ｖ２、３８Ｗ１、３８Ｗ２が相順にしたがって６０°ピッチで回転対称に配置されている。電機子巻線３８Ｕ１、３８Ｕ２、３８Ｖ１、３８Ｖ２、３８Ｗ１、３８Ｗ２の個数６個は、レッグである出力導体４５Ｕ１、４５Ｕ２、４５Ｖ１、４５Ｖ２、４５Ｗ１、４５Ｗ２の個数６個に一致している。かつ、同相の電機子巻線３８Ｕ１、３８Ｕ２、３８Ｖ１、３８Ｖ２、３８Ｗ１、３８Ｗ２と出力導体４５Ｕ１、４５Ｕ２、４５Ｖ１、４５Ｖ２、４５Ｗ１、４５Ｗ２とが、中心軸線ＡＸ方向に並ぶように配置されている。したがって、両者をそれぞれ接続する接続導体４２Ｕ１、４２Ｕ２、４２Ｖ１、４２Ｖ２、４２Ｗ１、４２Ｗ２は、中心軸線ＡＸ方向に延在すればよく、周方向の引き回しは不要になって最短化される。

さらに、第４実施形態で、電機子巻線３８Ｃが例えば３相各６個の合計１８個有る場合にも、同様の構成を採用することができ、接続導体４２を最短化できる。換言すれば、レッグと電機子巻線とを一対一に対応付けて最短で接続することができる。これにより、インバータ装置４Ｄ、４Ｅから三相同期モータ３Ｄ、３Ｅに流れるモータ電流の閉ループの鎖交面積を最小にして、誘導ノイズおよび電波ノイズを抑制できる。

各実施形態のコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置１、１Ａ、１Ｂ，１Ｃは、ハイブリッド車への搭載に好適であり、他の用途に用いることもできる。本発明は、その他にも様々な応用や変形などが可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：コンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置
２、２Ｂ、２Ｃ：ハウシング
２１：モータハウジン部 ２１１、２１１Ｂ、２１１Ｃ：周壁
２１２：前壁 ２１３：後壁 ２２、２３：軸受部材 ２４：接続孔
２５：延長ハウジング部 ２５１、２５１Ｂ、２５１Ｃ：延長周壁
２５２：蓋材 ２６：配線穴
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ：三相同期モータ
３１、３１Ａ：ロータ ３２、３２Ａ：ロータコア
３３、３３Ａ：出力軸 ３４：磁極
３５、３５Ａ：ステータ ３６、３６Ａ：ステータコア
３７、３７Ａ：磁極ティース ３８、３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ：電機子巻線
３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗ：電機子巻線
３８Ｕ１、３８Ｕ２、３８Ｖ１、３８Ｖ２、３８Ｗ１，３８Ｗ２：電機子巻線
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ：インバータ装置
４１Ｈ、４１Ｌ：ＩＧＢＴ素子
４２、４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ：接続導体
４２Ｕ１、４２Ｕ２、４２Ｖ１、４２Ｖ２、４２Ｗ１、４２Ｗ２：接続導体
４３、４４：接続リード
４５Ｕ、４５Ｗ、４５Ｗ：出力導体
４５Ｕ１、４５Ｕ２、４５Ｖ１、４５Ｖ２、４５Ｗ１、４５Ｗ２：出力導体
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ：コンデンサ
５２：正極接続部 ５３：負極接続部
５４：静電容量部 ５４１：正電極板 ５４２：負電極板
５５：内側接続部 ５６：外側テーパ部材 ５７：外側接続部
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ：冷却ジャケット（冷却装置）
６１：中心孔 ６２：固定孔 ６３：給水口 ６４：排水口
６５：仕切り壁 ６６：分流壁
７１：中心バスバー ７３：周囲バスバー ７６：連結ナット
８：回転センサ
ＡＸ：中心軸線

Claims (8)

1. ハウジングに中心軸線回りに回転可能に軸承されたロータ、および三相の電機子巻線が前記ロータの回りに配置されて前記ハウジングに固定されたステータを備えた三相同期モータと、
   通電位相を制御するパワー半導体モジュールをそれぞれ含み直流電源に接続される三相の上アームおよび下アームを有し、前記三相の上アームと下アームとの間の各レッグが前記ステータの各電機子巻線にそれぞれ接続され、前記中心軸線回りに環状に構成されたインバータ装置と、
   前記中心軸線と同軸に形成された環状空間内に収容された静電容量部、前記直流電源の正極端子に接続され前記環状空間の内周面および外周面の一方に沿って延在し前記インバータ装置の正極端子および前記静電容量部の正電極板に接続される正極接続部、および前記直流電源の負極端子に接続され前記環状空間の内周面および外周面の他方に沿って延在し前記インバータ装置の負極端子および前記静電容量部の負電極板に接続される負極接続部を備えたコンデンサとが、
   前記インバータ装置を間にして前記中心軸線上に配置され一体化されたコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
2. 請求項１において、前記インバータ装置と前記ステータとの間に環状の冷却装置を前記中心軸線上にさらに備え、前記インバータ装置は前記冷却装置の冷却面上に配置されているコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
3. 請求項１または２において、前記ハウジングの外周壁を、前記ロータの前記インバータ装置側を軸承する後壁から前記中心軸線方向の後方側に延長した延長部分に、前記インバータ装置および前記コンデンサを内蔵させたコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
4. 請求項３において、前記延長部分の後方端部を閉鎖する蓋材の前記中心軸線上に穿設した配線穴に、同軸内外配置された一対のバスバーが固定され、一方のバスバーの一端が前記直流電源の正極に接続され、他端が前記コンデンサの正極接続部に接続され、他方のバスバーの一端が前記直流電源の負極に接続され、他端が前記コンデンサの負極接続部に接続されるコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
5. 請求項３または４において、前記コンデンサの前記三相同期モータに対向する前壁に設けられて前記インバータ装置の内周空間に突出し、前記ロータの回転を検出する回転センサをさらに備えるコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、前記正極接続部および前記負極接続部の一方は、内周筒部および該内周筒部から外周側に延在する一側面部を備え、
   前記正極接続部および前記負極接続部の他方は、前記内周筒部と同軸線上に配置された外周筒部および該外周筒部から内周側に延在する他側面部を備え、
   前記環状空間は、前記内周筒部、前記一側面部、前記外周筒部および前記他側面部の間に形成されているコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、前記インバータ装置の前記三相のレッグを相順にしたがって回転対称に配置し、前記三相同期モータの前記電機子巻線の個数を前記レッグの個数に一致させたコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。
8. 請求項７において、前記レッグおよび前記電機子巻線の個数はそれぞれ、３個、６個、９個、および１８個のいずれかであるコンデンサおよびインバータ一体型三相同期モータ装置。

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