JP2004159453A - Motor - Google Patents

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JP2004159453A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor which can achieve the control of noise radiation from a power cable for supplying power and an AC output cable and the control of torque ripple of a motor. <P>SOLUTION: A power driver 105, which outputs three-phase AC for driving a stator coil 103, is arranged within the stator 109 of the motor, and the stator coil 103 and the power driver 105 are brought close to each other. Consequently, the wiring from the power driver 105 for outputting three-phase AC to the stator coil 103 becomes short, and the noise radiation from the three-phase AC output cable becomes small. Moreover, the cable wire for supplying the power driver 105 with power is constituted of a circular bus bar 106, a hollow part is made inside the stator 109, and the circular bus bar 106 is arranged in the hollow part. As a result, the wiring for power supply from the power cable to the power driver 105 becomes short, so this motor can suppress the noise radiation, too. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワードライバを有する電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献】特開平6−197494号公報。
【0003】
上記特許文献に示された電動機においては、モータフレームの側面にパワードライバのパワースィッチング素子を直接実装している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例においては、長さの異なる3相出力リード線はモータフレームの外部に配置されているパワースィッチング素子からモータフレームの内部に配置されているモータ巻線へ配線されているため、配線距離が長くなる。また、モータ巻線が各ステータコイルの3相交流出力線をモータ内部で集約する場合は、さらに各ステータコイルへの配線距離のばらつきが生じる。この結果として、スィッチングノイズ放射が大となり、また各モータ巻線の電流のバランスが崩れることによるトルク変動が発生するという問題がある。
【0005】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、電力を供給する電源線および交流出力線からのノイズ放射の抑制、モータのトルク変動の抑制を達成できる電動機を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、パワードライバをステータ内部に配置し、円環状バスバーをステータ内部の中空部に配置した。
【0007】
【発明の効果】
本発明によれば、パワードライバに電力を供給する電源線からのノイズ放射の抑制、パワードライバの交流出力線からのノイズ放射の抑制ができ、かつ電動機のトルク変動の抑制もできる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0009】
図1は本発明の第1の実施の形態を示す図であり、図1(a)は電動機の断面図、図1(b)は電動機の内部構成を分かり易く示した内部の側面模式図、図1(c)は電動機の外部側面図である。
【0010】
図1において、最外部に円環状のロータ101が設置され、ロータ101の内部には磁石102が内蔵されている。ロータ101の内部中空部には、ステータ109が配置されている。ステータ109には、ステータコア104が凸状に形成されており、そのステータコア104にステータコイル103が巻かれている。ステータ109の内部には、ステータコイル103を駆動するパワードライバ105がステータコア104に近接し配置されている。図1(a)から明らかなように、ステータコア104、ステータコイル103、パワードライバ105は番号を付した位置以外にも形成されているが、説明の都合上、各々、前記のステータコア104、ステータコイル103、パワードライバ105のみに番号を付した。ここで、パワードライバ105および、ステータコイル103が巻かれたステータコア104は各々6個図示してあり、点対称に向かい合った2個ずつが、3相交流電動機のU相、V相、W相に対応している。そして、ステータ109は内部が中空状になっており、ステータ109の中空部に、円環状バスバー106が配置されている。円環状バスバー106は、パワードライバ105に電力を供給する直流電源供給用のものであり、図1(a)に示すように低電圧側バスバー106aが高電圧側バスバー106bより外周方向外側に配置され絶縁されて積層された2重構造となっている。そして、パワードライバ105と円環状バスバー106は、ステータ109の内部において、高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aで電気的に接続されている。さらに、各パワードライバ105と直近のステータコイル103はステータ109の内部において、3相交流出力接続線113により、電気的に接続されている。
【0011】
ロータ101と電動機軸108は機械的に接続されており、円環状バスバー106と電源端子107は電気的に接続されている。
【0012】
本第1の実施の形態によれば、パワードライバ105をステータ109の内部のステータコア104に近接して配置したため、3相交流出力各相のステータコイル103とパワードライバ105を最短距離で配線することが可能になる。その結果として、3相交流出力接続線113からのノイズ発生を抑制できる。
【0013】
さらに、3相交流出力各相ごとの配線距離をほぼ同距離とすることができるため、3相交流出力各相毎のステータコイル103の電流の位相ずれをほぼ無くすることができるため、ステータコイル103の電流の位相ずれによるモータトルク変動を無くすることができる。
【0014】
加えて、ステータ109の内部の中空部に円環状バスバー106が形成され、最短距離で円環状バスバー106とパワードライバ105が接続されている。一般に積層したバスバーの寄生インダクタンスは小さいことが良く知られており、電源端子107からパワードライバ105までの電源線トータルの寄生インダクタンスを小さくすることができ、サージ電圧の低減と電源線からのノイズ放射を抑制出来るという効果もある。サージ電圧を低減することにより、スナバ回路の小規模化や廃止などにより、コスト低減できるという経済的、サイズ的な効果がある。また、ノイズ放射を抑制できることにより、本装置でのノイズ放射対策が不要になる。あるいは、ノイズ放射を受けて誤作動する装置のノイズ耐性向上対策が不要になるという経済的、サイズ的な効果がある。
【0015】
図2は本発明の第2の実施の形態を示す電動機の断面図である。
【0016】
図2に示す第2の実施の形態においては、ステータコイル103が直近のパワードライバ105ではなく、隣接するパワードライバ105と3相交流出力接続線113により、電気的に接続されており、さらに、コンデンサとして電源コンデンサ301が円環状バスバー106の内側に設置されている。
【0017】
図2に示すようにステータ109中央部の中空部にパワードライバ105に電力を供給する直流電源用の電源コンデンサ301を設置したことにより、円環状バスバー106と電源コンデンサ301を接続する距離を最短にできるため、電源線から放射されるノイズやサージ電圧を抑制できるとともに、電源コンデンサ301を効率よく配置できるため経済的、サイズ的な効果がある。
【0018】
加えて、ステータコイル103と直近したパワードライバ105が電気的に接続されているのではなく、お互い隣接したステータコイル103とパワードライバ105が電気的に接続されている構成となっているため、直近のパワードライバ105が発熱するタイミングとステータコイル103が発熱するタイミングをずらすことが可能となる。具体的には、U相のパワードライバ105の直近にはV相のステータコイルが配置されているため、通常時には、U相とV相が同時に最大負荷となることはない。このため、冷却能力が同じならば、より高い駆動能力を発生できることになる。
【0019】
なお、本第2の実施の形態においては、隣接するステータコイル103とパワードライバ105を接続した構成としたが、3相交流出力の同相駆動以外のステータコイル103とパワードライバ105を接続すれば、上記と同様の効果が得られる。さらに隣接同士と限定しないことにより、レイアウト自由度が上がり、さらに製造上、低コスト化も可能となる。
【0020】
図3は本発明の第3の実施の形態を示す電動機の図である。
【0021】
図3において、パワードライバ105とパワードライバ105の3相交流出力が接続されるステータコイル103を直近して配置しており、かつ、パワードライバ105とステータコイル103に挟まれた領域に冷却構造を持つ冷却液通路(冷却水通路)401が配置されている。そして、冷却液通路401の形状は、電動機軸108と直交する断面形状において、ステータコア104の中央部よりパワードライバ105に向けた方向に略T字型形状である。すなわち、パワードライバ105の近傍に冷却液通路401のT字の横棒に相当する部分が位置し、ステータコア104部に冷却液通路401のT字の縦棒に相当する部分が位置している。
【0022】
本第3の実施の形態によれば、パワードライバ105とステータコイル103を同数配置し、かつ直近させた構成としたことにより、一つの冷却液通路401でパワードライバ105とステータコイル103を同時に、かつ、3相交流出力各相ごとに同じ効率で冷却することができる。この結果、発熱の偏りが無いので発熱のばらつきを見込んだ、余計な冷却能力のマージンが不要となり、冷却コストを削減できる効果がある。
【0023】
なお、本第3の実施の形態においては、冷却液通路401の形状をT字型としたが、パワードライバ105とステータコアの間にパワードライバ105に平行して作成した一字型でも同様の効果が得られる。冷却効果の程度としては、T字型よりも劣るが冷却液通路401の形状が簡略なためステータ109の加工コストが安いという効果がある。
【0024】
図4は第4の実施の形態を示す電動機の断面図である。
【0025】
本第4の実施の形態においては、高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aに挟まれて比誘電率が1よりも大きい誘電物質すなわち高誘電率物質501が配置されている。
【0026】
本第4の実施の形態によれば、高電圧側バスバー106bおよび低電圧側バスバー106aが絶縁されて積層され、積層された高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aの間隙に高誘電率物質501が挟まれて配置されているため、高電圧側バスバー106bと低電圧側バスバー106aとの間に大容量のコンデンサを設置したのと等価となり、第2の実施の形態で示した電源コンデンサ301の容量を低減したり、場合によっては、電源コンデンサ301そのものの廃止も可能となり、部品代低減に大きな効果がある。
【0027】
さらに、低電圧側バスバー106aを高電圧側バスバー106bの外周方向外側に配置することにより、低電圧側バスバー106aの表面積が高電圧側バスバー106bの表面積より広くなり、低電圧側バスバー106aのインピーダンスが低くなるとともに、高電圧側バスバー106b上に発生したノイズを外部に漏れなくするため、よりノイズ低減の効果を増す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の電動機の構造図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の電動機の断面図。
【図3】本発明の第3の実施の形態の電動機の断面図。
【図4】本発明の第4の実施の形態の電動機の断面図。
【符号の説明】
101 ロータ
103 ステータコイル
104 ステータコア
105 パワードライバ
106 円環状バスバー、106a 低電圧側バスバー、106b 高電圧側バスバー
108 電動機軸
109 ステータ
113 3相交流出力接続線
301 電源コンデンサ
401 冷却液通路
501 高誘電率物質
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric motor having a power driver.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document] JP-A-6-197494.
[0003]
In the electric motor shown in the above-mentioned patent document, the power switching element of the power driver is directly mounted on the side surface of the motor frame.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this conventional example, the three-phase output lead wires having different lengths are wired from the power switching element arranged outside the motor frame to the motor winding arranged inside the motor frame. Becomes longer. Further, when the motor winding collects the three-phase AC output lines of the respective stator coils within the motor, the wiring distance to the respective stator coils further varies. As a result, there is a problem that switching noise radiation becomes large, and torque fluctuation occurs due to an imbalance in the current of each motor winding.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an electric motor that can achieve suppression of noise emission from a power supply line and an AC output line for supplying electric power and suppression of torque fluctuation of a motor. Yes.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the power driver is disposed inside the stator, and the annular bus bar is disposed in the hollow portion inside the stator.
[0007]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the noise radiation from the power supply line which supplies electric power to a power driver can be suppressed, the noise radiation from the alternating current output line of a power driver can be suppressed, and the torque fluctuation of an electric motor can also be suppressed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
[0009]
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a sectional view of an electric motor, FIG. 1 (b) is an internal side schematic view showing the internal configuration of the electric motor in an easy-to-understand manner, FIG.1 (c) is an external side view of an electric motor.
[0010]
In FIG. 1, an annular rotor 101 is installed at the outermost part, and a magnet 102 is built in the rotor 101. A stator 109 is disposed in the inner hollow portion of the rotor 101. A stator core 104 is formed in a convex shape on the stator 109, and a stator coil 103 is wound around the stator core 104. Inside the stator 109, a power driver 105 that drives the stator coil 103 is disposed close to the stator core 104. As apparent from FIG. 1 (a), the stator core 104, the stator coil 103, and the power driver 105 are formed at positions other than the numbered positions. However, for convenience of explanation, the stator core 104, the stator coil are respectively described. 103, only the power driver 105 is numbered. Here, six power drivers 105 and six stator cores 104 around which the stator coil 103 is wound are shown in the figure, and two pieces facing each other in a point symmetry form U phase, V phase, and W phase of the three-phase AC motor. It corresponds. The stator 109 is hollow inside, and an annular bus bar 106 is disposed in the hollow portion of the stator 109. The annular bus bar 106 is for supplying DC power to supply power to the power driver 105. As shown in FIG. 1A, the low voltage side bus bar 106a is arranged on the outer side in the outer circumferential direction from the high voltage side bus bar 106b. It has a double structure that is insulated and laminated. The power driver 105 and the annular bus bar 106 are electrically connected to each other by the high voltage side bus bar 106b and the low voltage side bus bar 106a inside the stator 109. Further, each power driver 105 and the nearest stator coil 103 are electrically connected by a three-phase AC output connection line 113 inside the stator 109.
[0011]
The rotor 101 and the motor shaft 108 are mechanically connected, and the annular bus bar 106 and the power terminal 107 are electrically connected.
[0012]
According to the first embodiment, since the power driver 105 is arranged close to the stator core 104 inside the stator 109, the stator coil 103 of each phase of the three-phase AC output and the power driver 105 are wired with the shortest distance. Is possible. As a result, noise generation from the three-phase AC output connection line 113 can be suppressed.
[0013]
Furthermore, since the wiring distance for each phase of the three-phase AC output can be made substantially the same distance, the phase shift of the current of the stator coil 103 for each phase of the three-phase AC output can be almost eliminated. The motor torque fluctuation due to the current phase shift of 103 can be eliminated.
[0014]
In addition, an annular bus bar 106 is formed in a hollow portion inside the stator 109, and the annular bus bar 106 and the power driver 105 are connected at the shortest distance. In general, it is well known that the parasitic inductance of the stacked bus bars is small, the total parasitic inductance of the power supply line from the power supply terminal 107 to the power driver 105 can be reduced, the surge voltage is reduced, and the noise radiation from the power supply line is reduced. There is also an effect that can be suppressed. By reducing the surge voltage, there is an economic and size effect that the cost can be reduced by downsizing or abolishing the snubber circuit. Further, since noise emission can be suppressed, it is not necessary to take measures against noise emission in this apparatus. Alternatively, there is an economic and size effect that a noise tolerance improvement measure for a device that malfunctions upon receiving noise radiation is not necessary.
[0015]
FIG. 2 is a cross-sectional view of an electric motor showing a second embodiment of the present invention.
[0016]
In the second embodiment shown in FIG. 2, the stator coil 103 is electrically connected not by the nearest power driver 105 but by the adjacent power driver 105 and the three-phase AC output connection line 113. A power supply capacitor 301 is installed inside the annular bus bar 106 as a capacitor.
[0017]
As shown in FIG. 2, the power supply capacitor 301 for direct current power supply that supplies power to the power driver 105 is installed in the hollow portion at the center of the stator 109, so that the distance between the annular bus bar 106 and the power supply capacitor 301 is minimized. Therefore, noise and surge voltage radiated from the power supply line can be suppressed, and the power supply capacitor 301 can be arranged efficiently, so that there is an economic and size effect.
[0018]
In addition, since the power driver 105 that is closest to the stator coil 103 is not electrically connected, the stator coil 103 and the power driver 105 that are adjacent to each other are electrically connected. The timing at which the power driver 105 generates heat and the timing at which the stator coil 103 generates heat can be shifted. Specifically, since the V-phase stator coil is disposed in the immediate vicinity of the U-phase power driver 105, the U-phase and the V-phase do not become the maximum load at the normal time. For this reason, if the cooling capacity is the same, a higher driving capacity can be generated.
[0019]
In the second embodiment, the adjacent stator coil 103 and the power driver 105 are connected. However, if the stator coil 103 and the power driver 105 other than the three-phase AC output in-phase drive are connected, The same effect as above can be obtained. Furthermore, by not limiting to adjacent ones, the degree of freedom in layout is increased, and further, the manufacturing cost can be reduced.
[0020]
FIG. 3 is a diagram of an electric motor showing a third embodiment of the present invention.
[0021]
In FIG. 3, the power driver 105 and the stator coil 103 to which the three-phase AC output of the power driver 105 is connected are arranged in close proximity, and a cooling structure is provided in an area between the power driver 105 and the stator coil 103. A cooling fluid passage (cooling water passage) 401 is disposed. The shape of the coolant passage 401 is substantially T-shaped in a direction from the center of the stator core 104 toward the power driver 105 in a cross-sectional shape orthogonal to the motor shaft 108. That is, a portion corresponding to the T-shaped horizontal bar of the coolant passage 401 is located in the vicinity of the power driver 105, and a portion corresponding to the T-shaped vertical bar of the coolant passage 401 is located in the stator core 104 portion.
[0022]
According to the third embodiment, the power driver 105 and the stator coil 103 are arranged in the same number and are arranged close to each other, so that the power driver 105 and the stator coil 103 can be simultaneously provided in one coolant passage 401. And it can cool with the same efficiency for every three-phase alternating current output each phase. As a result, since there is no bias in heat generation, there is no need for an extra cooling capacity margin that allows for variations in heat generation, and the cooling cost can be reduced.
[0023]
In the third embodiment, the shape of the coolant passage 401 is a T-shape. However, the same effect can be obtained by using a single-shape formed in parallel with the power driver 105 between the power driver 105 and the stator core. Is obtained. Although the degree of the cooling effect is inferior to that of the T-shape, there is an effect that the processing cost of the stator 109 is low because the shape of the coolant passage 401 is simple.
[0024]
FIG. 4 is a cross-sectional view of an electric motor showing a fourth embodiment.
[0025]
In the fourth embodiment, a dielectric material having a relative dielectric constant greater than 1, that is, a high dielectric constant material 501 is disposed between the high voltage side bus bar 106b and the low voltage side bus bar 106a.
[0026]
According to the fourth embodiment, the high voltage side bus bar 106b and the low voltage side bus bar 106a are insulated and laminated, and a high dielectric constant material is provided in the gap between the laminated high voltage side bus bar 106b and the low voltage side bus bar 106a. Since the 501 is sandwiched between the high-voltage side bus bar 106b and the low-voltage side bus bar 106a, it is equivalent to installing a large-capacity capacitor, and the power supply capacitor 301 shown in the second embodiment. In some cases, the power supply capacitor 301 itself can be abolished.
[0027]
Further, by arranging the low voltage side bus bar 106a on the outer periphery side of the high voltage side bus bar 106b, the surface area of the low voltage side bus bar 106a becomes larger than the surface area of the high voltage side bus bar 106b, and the impedance of the low voltage side bus bar 106a is reduced. In addition to lowering the noise, noise generated on the high-voltage bus bar 106b is not leaked to the outside, so that the noise reduction effect is further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of an electric motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an electric motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of an electric motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of an electric motor according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Rotor 103 Stator coil 104 Stator core 105 Power driver 106 Annular bus bar, 106a Low voltage side bus bar, 106b High voltage side bus bar 108 Electric motor shaft 109 Stator 113 Three-phase AC output connection line 301 Power supply capacitor 401 Coolant passage 501 High dielectric constant material

Claims (10)

円環状のロータと、
前記ロータの中空部に配置されたステータと、
前記ステータ内部に配置され、ステータコイルを駆動するパワードライバと、前記ステータ内部の中空部に配置され前記パワードライバに電力を供給する円環状バスバーと
、を具備することを特徴とする電動機。
An annular rotor,
A stator disposed in a hollow portion of the rotor;
An electric motor comprising: a power driver disposed inside the stator for driving a stator coil; and an annular bus bar disposed in a hollow portion inside the stator for supplying electric power to the power driver.
前記ステータ内部の前記円環状バスバーよりも内側に配置されたコンデンサを有することを特徴とする請求項1記載の電動機。The electric motor according to claim 1, further comprising a capacitor disposed inside the annular bus bar inside the stator. 前記パワードライバの数をステータコアの数と同数とし、前記パワードライバを前記ステータコアに近接して配置し、前記ステータコアに巻かれたステータコイルと、前記ステータコイル直近の前記パワードライバが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1または2記載の電動機。The number of power drivers is the same as the number of stator cores, the power drivers are arranged close to the stator cores, and the stator coils wound around the stator cores and the power drivers in the immediate vicinity of the stator coils are electrically connected. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is provided. 前記パワードライバの数を前記ステータコアの数と同数とし、前記パワードライバを前記ステータコアに近接して配置し、前記ステータコアに巻かれた前記ステータコイルと、前記ステータコイル直近の前記パワードライバ以外の前記パワードライバが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1または2記載の電動機。The number of the power drivers is the same as the number of the stator cores, the power drivers are arranged close to the stator cores, the stator coils wound around the stator cores, and the power other than the power drivers in the immediate vicinity of the stator coils 3. The electric motor according to claim 1, wherein the driver is electrically connected. 前記ステータコイルと、前記ステータコイルに隣接した前記パワードライバが電気的に接続されていることを特徴とする請求項4記載の電動機。The electric motor according to claim 4, wherein the stator coil and the power driver adjacent to the stator coil are electrically connected. 前記ステータ内部でかつ前記ステータコイルおよび前記パワードライバの両方に挟まれた領域に配置された冷却構造を持つことを特徴とする請求項3、4または5に記載の電動機。6. The electric motor according to claim 3, wherein the electric motor has a cooling structure disposed inside the stator and in a region sandwiched between both the stator coil and the power driver. 前記冷却構造が冷却液通路であり、前期冷却液通路の形状が、電動機軸と直交する断面形状において、前記ステータコアの中央部より前記パワードライバに向けた方向に略T字型形状であることを特徴とする請求項6記載の電動機。The cooling structure is a coolant passage, and the shape of the coolant passage in the previous period is substantially T-shaped in a direction from the center of the stator core toward the power driver in a cross-sectional shape orthogonal to the motor shaft. The electric motor according to claim 6. 前記円環状バスバーとして高電圧側バスバーおよび低電圧側バスバーが絶縁されて積層されているものを用いたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電動機。The electric motor according to any one of claims 1 to 7, wherein a high voltage side bus bar and a low voltage side bus bar are insulated and stacked as the annular bus bar. 前記低電圧側バスバーが前記高電圧側バスバーより外周方向外側に配置されていることを特徴とする請求項8記載の電動機。9. The electric motor according to claim 8, wherein the low-voltage side bus bar is disposed on the outer side in the outer circumferential direction from the high-voltage side bus bar. 前記高電圧側バスバーと前記低電圧側バスバーの空隙に比誘電率が1よりも大きい誘電物質を挟み込むことを特徴とする請求項8または9記載の電動機。10. The electric motor according to claim 8, wherein a dielectric material having a relative dielectric constant greater than 1 is sandwiched in a gap between the high voltage bus bar and the low voltage bus bar.
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