JP7078002B2 - モータ、およびインバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ、およびインバータ装置に関する。

インバータ装置からモータに電力が供給される構成が知られる。例えば、特許文献１には、インバータ装置を備える制御システムから三相モータに電力が供給される構成が記載される。

特開２０１７－５５５５５号公報

上記のような構成において、モータのコイルとインバータ装置とを電気的に接続する配線からは電磁ノイズが生じる。そのため、配線から生じる電磁ノイズによって、モータの各部、およびインバータ装置の各部等に誤動作等の不具合が生じる虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、配線から電磁ノイズが生じることを抑制できる構造を有するモータ、およびインバータ装置を提供することを目的の一つとする。

本発明のモータの一つの態様は、中心軸を中心として回転可能なロータと、複数のコイルを有するステータと、インバータ装置と前記コイルとを電気的に接続する複数の配線と、を備える。前記複数のコイルは、スター結線されて複数相の交流回路を構成する。前記配線は、複数の相用配線と、複数の中性点配線と、を含む。前記複数の相用配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記インバータ装置のインバータ本体に電気的に接続される。前記複数の中性点配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記インバータ装置において中性点を介して互いに電気的に接続される。一対の前記相用配線と前記中性点配線とが互いに撚り合わされた撚り対線が少なくとも１本設けられる。前記撚り対線を構成する一対の前記相用配線と前記中性点配線とは、同相の前記コイルに電気的に接続される。

本発明のインバータ装置の一つの態様は、モータの複数のコイルに電力を供給するインバータ装置であって、回路基板と、前記回路基板に設けられるインバータ本体と、前記インバータ装置と前記コイルとを電気的に接続する複数の配線と、を備える。前記複数のコイルは、スター結線されて複数相の交流回路を構成する。前記配線は、複数の相用配線と、複数の中性点配線と、を含む。前記複数の相用配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記インバータ本体に電気的に接続される。前記複数の中性点配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記回路基板に設けられた中性点を介して互いに電気的に接続される。一対の前記相用配線と前記中性点配線とが互いに撚り合わされた撚り対線が少なくとも１本設けられる。前記撚り対線を構成する一対の前記相用配線と前記中性点配線とは、同相の前記コイルに電気的に接続される。

本発明の一つの態様によれば、モータおよびインバータ装置において、配線から電磁ノイズが生じることを抑制できる。

図１は、本実施形態のモータを示す断面図である。 図２は、本実施形態のモータの回路構成を示す模式図である。 図３は、本実施形態の撚り対線の一部を示す図である。

各図に適宜示すＺ軸方向は、正の側を上側とし、負の側を下側とする上下方向である。各図に適宜示す中心軸Ｊは、Ｚ軸方向と平行であり、上下方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

なお、上下方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

図１に示す本実施形態のモータ１０は、インナーロータ型のモータである。モータ１０は、例えば、スイッチトリラクタンスモータである。図１に示すように、モータ１０は、ハウジング１１と、ロータ２０と、ベアリング５１，５２と、センサマグネット８０と、ステータ３０と、ベアリングホルダ４０と、インバータ装置６０と、複数の配線７０ａと、を備える。

ハウジング１１は、ロータ２０、ベアリング５１，５２、センサマグネット８０、ステータ３０、ベアリングホルダ４０、インバータ装置６０、および複数の配線７０ａを内部に収容する。ハウジング１１は、下側に底部を有し上側に開口する筒状である。ハウジング１１は、例えば、中心軸Ｊを中心とする円筒状である。ハウジング１１は、下側の底部にベアリング５１を保持する。

ロータ２０は、中心軸Ｊを中心として回転可能である。ロータ２０は、シャフト２１と、ロータコア２２と、を有する。シャフト２１は、中心軸Ｊに沿って配置される。シャフト２１は、中心軸Ｊを中心として軸方向に延びる円柱状である。シャフト２１の上側の端部は、例えば、インバータ装置６０の内部に位置する。ロータコア２２は、シャフト２１の外周面に固定される円環状である。

ベアリング５１は、シャフト２１のうちロータコア２２が固定される部分よりも下側に位置する部分を回転可能に支持する。ベアリング５２は、シャフト２１のうちロータコア２２が固定される部分よりも上側に位置する部分を回転可能に支持する。ベアリング５１，５２は、例えば、ボールベアリングである。

センサマグネット８０は、シャフト２１の上側の端部に固定される。センサマグネット８０は、中心軸を中心とする円環状である。センサマグネット８０は、例えば、インバータ装置６０の内部に位置する。センサマグネット８０は、シャフト２１に直接固定されてもよいし、他の部材を介して間接的に固定されてもよい。

ステータ３０は、ロータ２０と径方向に隙間を介して対向する。ステータ３０は、ロータ２０の径方向外側においてロータ２０を囲む。ステータ３０は、ステータコア３１と、インシュレータ３２と、複数のコイル３３と、を有する。ステータコア３１は、コアバック３１ａと、複数のティース３１ｂと、を有する。コアバック３１ａは、中心軸Ｊを中心とする円環状である。複数のティース３１ｂは、コアバック３１ａから径方向内側に延びる。図示は省略するが、複数のティース３１ｂは、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置される。ティース３１ｂは、例えば、６つ設けられる。

複数のコイル３３は、インシュレータ３２を介して複数のティース３１ｂにそれぞれ装着される。コイル３３は、導線がインシュレータ３２を介してティース３１ｂに巻き回されて構成される。コイル３３は、例えば、６つ設けられる。本実施形態において各コイル３３からは、コイル引出線３３ａが１本ずつ上側に引き出される。すなわち、本実施形態においてコイル引出線３３ａは、６本設けられる。コイル引出線３３ａは、コイル３３を構成する導線の巻き始め側の端部または巻き終わり側の端部である。

本実施形態において各コイル引出線３３ａは、各コイル３３の径方向の同じ側の端部から上側に引き出される。そのため、コイル引出線３３ａに接続される配線７０ａ同士を撚り合わせやすく、後述する撚り対線７０を作りやすい。各コイル引出線３３ａは、例えば、各コイル３３の径方向外側の端部から上側に引き出される。

図２に示すように、複数のコイル３３は、スター結線されて複数相の交流回路を構成する。本実施形態において複数のコイル３３は、三相交流回路を構成する。複数のコイル３３は、Ｕ相のコイル３３Ｕと、Ｖ相のコイル３３Ｖと、Ｗ相のコイル３３Ｗと、を含む。コイル３３Ｕとコイル３３Ｖとコイル３３Ｗとには、位相が互いに異なる電流Ｉが供給される。

コイル３３Ｕとコイル３３Ｖとコイル３３Ｗとは、複数ずつ設けられる。複数のコイル３３Ｕは、互いに直列接続される。複数のコイル３３Ｖは、互いに直列接続される。複数のコイル３３Ｗは、互いに直列接続される。コイル３３Ｕとコイル３３Ｖとコイル３３Ｗとは、例えば、２つずつ設けられる。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相における２つのコイル３３は、例えば、１本の導線が巻き回されて構成される。各相における２つのコイル３３のうち一方のコイル３３から引き出されるコイル引出線３３ａは、２つのコイル３３を構成する１本の導線の巻き始め側の端部である。各相における２つのコイル３３のうち他方のコイル３３から引き出されるコイル引出線３３ａは、２つのコイル３３を構成する１本の導線の巻き終わり側の端部である。

図１に示すように、ベアリングホルダ４０は、ステータ３０の上側に位置する。ベアリングホルダ４０は、中心軸Ｊを中心とする円環状である。ベアリングホルダ４０の外周面は、ハウジング１１の内周面に固定される。ベアリングホルダ４０の内周面には、ベアリング５２が保持される。ベアリングホルダ４０は、ベアリングホルダ４０を軸方向に貫通する貫通孔４１を有する。図示は省略するが、貫通孔４１は、周方向に沿って複数設けられる。貫通孔４１は、例えば、３つ設けられる。各貫通孔４１には、配線７０ａが２本ずつ通される。各貫通孔４１には、後述する撚り対線７０が１本ずつ通される。

インバータ装置６０は、複数のコイル３３に電力を供給し、モータ１０を制御する装置である。インバータ装置６０は、ベアリングホルダ４０の上側に位置する。インバータ装置６０は、例えば、ハウジング１１の上側の開口を閉塞する。インバータ装置６０は、回路基板６１と、インバータ本体６２と、磁気センサ６３と、を有する。

回路基板６１は、板面が軸方向を向く板状である。回路基板６１は、シャフト２１の上側に位置する。インバータ本体６２は、回路基板６１に設けられる。より詳細には、インバータ本体６２は、例えば、回路基板６１の上側の面に設けられる。図示は省略するが、インバータ本体６２は、複数のトランジスタを有する。

磁気センサ６３は、回路基板６１に設けられる。より詳細には、磁気センサ６３は、回路基板６１の下側の面に設けられる。磁気センサ６３は、センサマグネット８０の上側に位置する。磁気センサ６３は、センサマグネット８０と軸方向に隙間を介して対向する。磁気センサ６３は、センサマグネット８０の磁界を検出可能である。磁気センサ６３によってセンサマグネット８０の磁界を検出することで、ロータ２０の回転を検出可能である。図示は省略するが、磁気センサ６３は、例えば、周方向に沿って複数設けられる。磁気センサ６３は、例えば、３つ設けられる。磁気センサ６３は、例えば、ホールＩＣ等のホール素子である。なお、磁気センサ６３は、磁気抵抗素子であってもよい。

複数の配線７０ａは、インバータ装置６０とコイル３３とを電気的に接続する。本実施形態において配線７０ａは、回路基板６１とコイル３３とを電気的に接続する。配線７０ａと回路基板６１との接続方法、配線７０ａとコイル３３との接続方法は、特に限定されない。配線７０ａは、例えば、ビニール線である。図２に示すように、本実施形態において配線７０ａの数は、６本である。本実施形態において複数の配線７０ａは、複数の相用配線７１と、複数の中性点配線７２と、を含む。

複数の相用配線７１は、一端が各相のコイル３３にそれぞれ電気的に接続され、他端がインバータ本体６２に電気的に接続される。本実施形態において相用配線７１の一端は、相用配線７１の下側の端部である。本実施形態において相用配線７１の他端は、相用配線７１の上側の端部である。本実施形態において相用配線７１の他端は、回路基板６１を介してインバータ本体６２に電気的に接続される。本実施形態において相用配線７１は、相用配線７１Ｕと相用配線７１Ｖと相用配線７１Ｗとの３本設けられる。

複数の中性点配線７２は、一端が各相のコイル３３にそれぞれ電気的に接続され、他端がインバータ装置６０において中性点７３を介して互いに電気的に接続される。本実施形態において中性点７３は、回路基板６１に設けられる。そのため、中性点配線７２を回路基板６１に接続することで中性点７３に接続することができる。これにより、中性点配線７２同士を、中性点７３を介して容易に接続できる。中性点７３は、例えば、回路基板６１に設けられた配線パターンである。

本実施形態において中性点配線７２の一端は、中性点配線７２の下側の端部である。本実施形態において中性点配線７２の他端は、中性点配線７２の上側の端部である。本実施形態において中性点配線７２の他端は、中性点７３に電気的に接続される。本実施形態において中性点配線７２は、中性点配線７２Ｕと中性点配線７２Ｖと中性点配線７２Ｗとの３本設けられる。

相用配線７１Ｕの一端および中性点配線７２Ｕの一端は、Ｕ相のコイル３３Ｕに電気的に接続される。すなわち、相用配線７１Ｕと中性点配線７２Ｕとは、同相のコイル３３Ｕに電気的に接続される。相用配線７１Ｕの一端は、２つのコイル３３Ｕのうち一方のコイル３３Ｕから引き出されるコイル引出線３３ａに電気的に接続される。中性点配線７２Ｕの一端は、２つのコイル３３Ｕのうち他方のコイル３３Ｕから引き出されるコイル引出線３３ａに電気的に接続される。すなわち、本実施形態において相用配線７１Ｕと中性点配線７２Ｕとは、異なるコイル３３Ｕから引き出されるコイル引出線３３ａにそれぞれ電気的に接続される。相用配線７１Ｕおよび中性点配線７２Ｕには、インバータ本体６２からコイル３３Ｕに供給されるＵ相の交流電流が流れる。

相用配線７１Ｖの一端および中性点配線７２Ｖの一端は、Ｖ相のコイル３３Ｖに電気的に接続される。すなわち、相用配線７１Ｖと中性点配線７２Ｖとは、同相のコイル３３Ｖに電気的に接続される。相用配線７１Ｖの一端は、２つのコイル３３Ｖのうち一方のコイル３３Ｖから引き出されるコイル引出線３３ａに電気的に接続される。中性点配線７２Ｖの一端は、２つのコイル３３Ｖのうち他方のコイル３３Ｖから引き出されるコイル引出線３３ａに電気的に接続される。すなわち、本実施形態において相用配線７１Ｖと中性点配線７２Ｖとは、異なるコイル３３Ｖから引き出されるコイル引出線３３ａにそれぞれ電気的に接続される。相用配線７１Ｖおよび中性点配線７２Ｖには、インバータ本体６２からコイル３３Ｖに供給されるＶ相の交流電流が流れる。

相用配線７１Ｗの一端および中性点配線７２Ｗの一端は、Ｗ相のコイル３３Ｗに電気的に接続される。すなわち、相用配線７１Ｗと中性点配線７２Ｗとは、同相のコイル３３Ｗに電気的に接続される。相用配線７１Ｗの一端は、２つのコイル３３Ｗのうち一方のコイル３３Ｗから引き出されるコイル引出線３３ａに電気的に接続される。中性点配線７２Ｗの一端は、２つのコイル３３Ｗのうち他方のコイル３３Ｗから引き出されるコイル引出線３３ａに電気的に接続される。すなわち、本実施形態において相用配線７１Ｗと中性点配線７２Ｗとは、異なるコイル３３Ｗから引き出されるコイル引出線３３ａにそれぞれ電気的に接続される。相用配線７１Ｗおよび中性点配線７２Ｗには、インバータ本体６２からコイル３３Ｗに供給されるＷ相の交流電流が流れる。

図１に示すように、モータ１０には、２本の配線７０ａが撚り合わされた撚り対線７０が少なくとも１本設けられる。本実施形態において撚り対線７０は、複数設けられる。本実施形態において撚り対線７０は、軸方向に延びる。より詳細には、撚り対線７０は、ステータ３０から貫通孔４１を介してインバータ装置６０まで上側に延びる。

撚り対線７０の上側の端部は、回路基板６１の下側の面に接続される。撚り対線７０の下側の端部は、コイル３３に接続される。本実施形態において複数の撚り対線７０同士は、互いに間隔を空けて配置される。複数の撚り対線７０同士は、例えば、軸方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置される。

図３に示すように、撚り対線７０は、一対の相用配線７１と中性点配線７２とが互いに撚り合わされて構成される。撚り対線７０において相用配線７１と中性点配線７２とは、撚り対線７０が延びる方向、すなわち本実施形態では軸方向に沿って、互いに絡み合う螺旋状に延びる。

図２に示すように、本実施形態において撚り対線７０は、撚り対線７０Ｕと撚り対線７０Ｖと撚り対線７０Ｗとの３本設けられる。撚り対線７０Ｕは、一対の相用配線７１Ｕと中性点配線７２Ｕとが互いに撚り合わされて構成される。撚り対線７０Ｖは、一対の相用配線７１Ｖと中性点配線７２Ｖとが互いに撚り合わされて構成される。撚り対線７０Ｗは、一対の相用配線７１Ｗと中性点配線７２Ｗとが互いに撚り合わされて構成される。すなわち、撚り対線７０を構成する一対の相用配線７１と中性点配線７２とは、同相のコイル３３に電気的に接続される。

なお、図２では、一対の相用配線７１と中性点配線７２とが撚り合わされていない状態において、一対の相用配線７１と中性点配線７２とを二点鎖線で囲むことで、撚り対線７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗを模式的に示す。

インバータ本体６２から相用配線７１に流れる電流Ｉは、コイル３３を介して、相用配線７１が接続されたコイル３３と同相のコイル３３に接続された中性点配線７２へと流れる。また、中性点７３を介して中性点配線７２に流れる電流Ｉは、コイル３３を介して、中性点配線７２が接続されたコイル３３と同相のコイル３３に接続された相用配線７１へと流れる。そのため、インバータ装置６０に中性点７３を設けて、中性点配線７２の他端を中性点７３に接続することで、インバータ装置６０と同相のコイル３３とを繋ぐ相用配線７１および中性点配線７２に流れる電流の向きを互いに逆向きにできる。

具体的には、図３に示すように、例えば、相用配線７１に回路基板６１側からコイル３３側に電流Ｉが流れる場合、同相のコイル３３に接続される中性点配線７２には、コイル３３側から回路基板６１側へと電流Ｉが流れる。これにより、同相のコイル３３に接続された相用配線７１と中性点配線７２とを撚り合わせて撚り対線７０とすることで、相用配線７１に流れる電流Ｉによって生じる磁界と中性点配線７２に流れる電流Ｉによって生じる磁界とが互いに打ち消し合う。したがって、配線７０ａから電磁ノイズが生じることを抑制できる。

配線７０ａから電磁ノイズが生じることを抑制できることで、モータ１０の各部およびインバータ装置６０の各部等に誤動作等の不具合が生じることを抑制できる。また、モータ１０およびインバータ装置６０の外部に配置される機器に誤動作等の不具合が生じることも抑制できる。また、具体的に、例えば、磁気センサ６３に対する電磁ノイズの影響を低減できるため、磁気センサ６３の検出精度が低下することを抑制できる。

本実施形態では、撚り対線７０は、複数設けられる。そのため、配線７０ａから電磁ノイズが生じることをより抑制できる。また、本実施形態では、各相のコイル３３にそれぞれ接続される一対の相用配線７１と中性点配線７２とのすべてが、互いに撚り合わされて撚り対線７０を構成する。そのため、配線７０ａから電磁ノイズが生じることをさらに抑制できる。

また、撚り対線７０同士をさらに撚り合わせると、配線７０ａ同士の絡み方が複雑化し、各配線７０ａを流れる電流Ｉによる磁界同士が打ち消し合いにくくなる場合がある。そのため、撚り対線７０同士をさらに撚り合わせると、電磁ノイズの抑制効果が低下する場合がある。

これに対して、本実施形態によれば、複数の撚り対線７０同士は、互いに間隔を空けて配置される。すなわち、複数の撚り対線７０同士は、撚り合わされずに、互いに離れて配置される。そのため、電磁ノイズの抑制効果が低下することを抑制できる。

本発明は上述の実施形態に限られず、以下の構成を採用することもできる。同相のコイルに接続される一対の相用配線と中性点配線とが撚り合わされた撚り対線が１本以上設けられるならば、撚り合わされていない相用配線および中性点配線が設けられてもよい。また、各相のコイルの数は、特に限定されない。各相のコイルは、１つずつ設けられてもよい。この場合、コイルからは２本のコイル引出線が引き出され、２本のコイル引出線を介して同じコイルに対して一対の相用配線と中性点配線とが接続されてもよい。また、各相のコイルは、３つ以上ずつ設けられてもよい。

複数のコイルは、スター結線されて複数相の交流回路を構成するならば、二相交流回路を構成してもよいし、四相以上の交流回路を構成してもよい。交流回路の相数と同じ数ずつ、相用配線と中性点配線とが設けられてもよい。配線の種類は、インバータ装置とコイルとを電気的に接続できるならば、特に限定されない。配線は、コイルを構成する導線が引き出されて構成されてもよい。すなわち、上述した実施形態のコイル引出線３３ａがインバータ装置６０まで延びて、インバータ装置６０とコイル３３とを電気的に接続する配線となってもよい。この場合、例えば、コイル引出線３３ａの表面は絶縁チューブ等により絶縁される。また、この場合、一対のコイル引出線３３ａが撚り合わされて撚り対線が構成される。中性点は、インバータ装置に設けられるならば、特に限定されない。中性点は、バスバーであってもよい。

上述した実施形態においては、モータ１０が複数の配線７０ａを備える構成としたが、これに限られない。複数の配線は、インバータ装置に備えられてもよい。また、上述した実施形態においては、モータ１０がインバータ装置６０を備える構成としたが、これに限られない。モータとインバータ装置とは、互いに離れて配置されてもよい。

モータの種類は、特に限定されない。モータは、スイッチトリラクタンスモータ以外のモータであってもよい。モータは、アウターロータ型のモータであってもよい。モータの用途は、特に限定されない。モータは、例えば、車両等に搭載されてもよい。

なお、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

１０…モータ、２０…ロータ、３０…ステータ、３３，３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗ…コイル、６０…インバータ装置、６１…回路基板、６２…インバータ本体、７０，７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗ…撚り対線、７０ａ…配線、７１，７１Ｕ，７１Ｖ，７１Ｗ…相用配線、７２，７２Ｕ，７２Ｖ，７２Ｗ…中性点配線、７３…中性点、Ｊ…中心軸

Claims (5)

1. 中心軸を中心として回転可能なロータと、
   複数のコイルを有するステータと、
   インバータ装置と前記コイルとを電気的に接続する複数の配線と、
   を備え、
   前記複数のコイルは、スター結線されて複数相の交流回路を構成し、
   前記配線は、
   複数の相用配線と、
   複数の中性点配線と、
   を含み、
   前記複数の相用配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記インバータ装置のインバータ本体に電気的に接続され、
   前記複数の中性点配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記インバータ装置において中性点を介して互いに電気的に接続され、
   一対の前記相用配線と前記中性点配線とが互いに撚り合わされた撚り対線が少なくとも１本設けられ、
   前記撚り対線を構成する一対の前記相用配線と前記中性点配線とは、同相の前記コイルに電気的に接続される、モータ。
2. 前記撚り対線は、複数設けられる、請求項１に記載のモータ。
3. 複数の前記撚り対線同士は、互いに間隔を空けて配置される、請求項２に記載のモータ。
4. 前記インバータ装置をさらに備え、
   前記インバータ装置は、
   回路基板と、
   前記回路基板に設けられる前記インバータ本体と、
   を有し、
   前記配線は、前記回路基板と前記コイルとを電気的に接続し、
   前記中性点は、前記回路基板に設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ。
5. モータの複数のコイルに電力を供給するインバータ装置であって、
   回路基板と、
   前記回路基板に設けられるインバータ本体と、
   前記インバータ装置と前記コイルとを電気的に接続する複数の配線と、
   を備え、
   前記複数のコイルは、スター結線されて複数相の交流回路を構成し、
   前記配線は、
   複数の相用配線と、
   複数の中性点配線と、
   を含み、
   前記複数の相用配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記インバータ本体に電気的に接続され、
   前記複数の中性点配線は、一端が各相の前記コイルにそれぞれ電気的に接続され、他端が前記回路基板に設けられた中性点を介して互いに電気的に接続され、
   一対の前記相用配線と前記中性点配線とが互いに撚り合わされた撚り対線が少なくとも１本設けられ、
   前記撚り対線を構成する一対の前記相用配線と前記中性点配線とは、同相の前記コイルに電気的に接続される、インバータ装置。

Images