(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧平滑化コンデンサおよびモータを含む装置のサイズを小さくする。【解決手段】ロータおよびステータを有するモータであって、ステータは、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の間に誘電体４２を介装した三層状態で環状に折り曲げることによって形成される環状ステータである。第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３はそれぞれ複数のティース部と、各ティース部を接続するバックヨーク部とバックヨークに形成されたヒンジ部とを備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータおよびステータを有するモータであって、
前記ステータは、
複数のティース部と、各ティース部を接続するバックヨーク部とバックヨークに形成されたヒンジ部とを備えた第１の磁性鋼板および第２の磁性鋼板と、
前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板の間に介装される誘電体と、
前記第１の磁性鋼板に設けられ、外部回路のプラス側と接続するプラス側電極部と、
前記第２の磁性鋼板に設けられ、外部回路のマイナス側と接続するマイナス側電極部と、
を備え、
前記ステータは、前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板の間に前記誘電体を介装した三層状態で環状に折り曲げつつ積層方向に重ねることによって形成される環状ステータであることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板は、前記誘電体を介装する面とは反対の面に絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ステータは、
前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板のうちのいずれか一方の磁性鋼板の面であって、前記誘電体を介装する面と反対の面に設けられる別の誘電体をさらに備え、
前記ステータは、前記第１の磁性鋼板、前記誘電体、前記第２の磁性鋼板、前記別の誘電体を重ね合わせた状態で環状に折り曲げつつ積層方向に重ねることによって形成される環状ステータであることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記プラス側電極部および前記マイナス側電極部は、所定の距離内の近接した位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記プラス側電極部および前記マイナス側電極部は、前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板の巻き始めまたは巻き終わりである端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記プラス側電極部および前記マイナス側電極部は、前記環状ステータを形成している前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板の外周側面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項７】
前記プラス側電極部および前記マイナス側電極部は、前記環状ステータを形成している前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板の外周側面にタブとしてそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記プラス側電極部および前記マイナス側電極部は、環状に巻かれた前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板の中間位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
前記プラス側電極部および前記マイナス側電極部は、それぞれ２つ以上設けられていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１０】
前記第１の磁性鋼板および前記第２の磁性鋼板のうちのいずれか一方の磁性鋼板は、他方の磁性鋼板に比べて大きいことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１１】
前記ステータを樹脂モールドすることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１２】
前記誘電体は、シート状の形状であることを特徴とする請求項１から請求項１１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電力を交流電力に変換してモータに供給する電力変換装置には、電圧平滑化のためのコンデンサを用いる必要がある。従来、電圧平滑化用のコンデンサをモータ内部のデッドスペースに設けることにより、電力変換装置およびモータを含む駆動装置全体を小型化する技術が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７４５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術では、駆動装置全体のサイズを小さくするためにモータ自身のサイズを小さくしていくと、コンデンサを収納するためのデッドスペースが小さくなって、モータ内にコンデンサを配置することが困難になるため、小型化する上で限界があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によるモータは、ロータおよびステータを有するモータであって、ステータは、複数のティース部と、各ティース部を接続するバックヨーク部とバックヨークに形成されたヒンジ部とを備えた第１の磁性鋼板および第２の磁性鋼板と、第１の磁性鋼板および第２の磁性鋼板の間に介装される誘電体と、第１の磁性鋼板に設けられ、外部回路のプラス側と接続するプラス側電極部と、第２の磁性鋼板に設けられ、外部回路のマイナス側と接続するマイナス側電極部と、を備える。ステータは、第１の磁性鋼板および第２の磁性鋼板の間に誘電体を介装した三層状態で環状に折り曲げつつ積層方向に重ねることによって形成される環状ステータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、コンデンサの機能を有するステータを備えたモータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明によるモータを制御する制御回路の概略構成を示す図である。ここでは、三相誘導モータを例に挙げるが、本発明が三相誘導モータに限定されることはない。三相誘導モータ１０１の各巻線１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃのそれぞれには、一対のＩＧＢＴスイッチング素子１０４ａ，１０４ｂ、１０５ａ，１０５ｂ、および、１０６ａ，１０６ｂのオン／オフにより、直流電源１０７から駆動電流が供給される。なお、各ＩＧＢＴは、スイッチング制御回路１１０によりスイッチングされる。コンデンサ１０８は、印加電圧を平滑化してリップル電流を抑制する。モータ１０１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車の駆動用モータとして用いられる。
【０００７】
なお、図１では、理解を容易にするために、コンデンサ１０８をモータ１０１とは別の位置に示しているが、本発明によるモータでは、後述するように、モータ１０１を構成するステータにコンデンサ１０８の機能を持たせている。
【０００８】
図２は、モータ１０１の回転軸方向の端部を示す図である。モータ１０１は、環状のステータ１２０およびロータ１２１を備えている。ステータ１２０のティースには、巻線が巻かれることによって、コイル１１が構成されている。また、後述するように、ステータ１２０の外周側（バックヨーク外側）には、マイナス側の外部電極（陰極）１５とプラス側の外部電極（陽極）１６とが設けられている。ステータ１２０は、モールド樹脂１３０を介して、外側のモータケース１３５と接続されている。図３は、モータ１０１の端部の断面図である。ステータ１２０は、コンデンサとしての機能を有する。なお、後述するステータ１２０に設けられる電極部は、外部電極１５、１６を介し、外部回路（例えばドライバや、モータを駆動するスイッチング素子回路など）と電気的に接続する。
【０００９】
以下では、図４〜１３を用いて、図１のコンデンサ１０８の構成およびステータ１２０の構成を詳細に説明する。
【００１０】
−第１の実施の形態−
図４は、ステータ１２０を構成する部材である第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、および、第２の磁性鋼板４３を示す図である。第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３は、例えば、ケイ素鋼板等からなる鋼板を、図５に示すように、プレスで連続打ち抜きすることにより、形成する。図５に示すように、１枚のロール状の鋼板５０から、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３を打ち抜いてもよいし、別々の鋼板から、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３をそれぞれ打ち抜くようにしてもよい。ロール状の鋼板５０を用意することにより、連続した任意の長さの磁性鋼板をプレス打ち抜きにより得ることができる。磁性鋼板４１，４３の比透磁率は、ある程度大きい値が必要となり、例えば、１０００以上とする。
【００１１】
誘電体４２は、シート状の薄い形状とする。誘電体４２の比誘電率は、コンデンサとして高い静電容量が必要であるため、ある程度大きい値が必要となり、例えば、１以上とする。
【００１２】
磁性鋼板のプレス打ち抜き時には、磁性鋼板４１，４３を折り曲げることのできる折り曲がり部を形成しておく。図６は、折り曲がり部を形成する位置、および、折り曲がり部の形状を説明するための図である。磁性鋼板４１，４３は、バックヨーク部６２、および、バックヨーク部６２から内周側に突出したティース部６１により構成されている。バックヨーク部６２のうち、隣り合うティース部６１の間のヒンジ部６３に、ヒンジ部６３を折り曲げることのできる折り曲がり部６４を形成する。折り曲がり部６４には、Ｖ字形状の折り曲げ溝６４ａと、折り曲げ溝６４ａの端部に設けられた楕円形状の空洞部６４ｂが設けられている。なお、図６では、折り曲がり部６４を拡大図として示している。
【００１３】
図７（ａ）は、折り曲がり部６４を折り曲げる前の状態を示す図、図７（ｂ）は、折り曲がり部６４を折り曲げた後の状態を示す図である。図７（ｂ）に示すように、折り曲がり部６４の折り曲げ溝６４ａを埋めるように、左右から力を加えて折り曲げる。
【００１４】
なお、図示はしないが、誘電体４２にも同様の折り曲がり部を形成しておく。
【００１５】
後述するように、３層に重ねた第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、および、第２の磁性鋼板４３を、折り曲がり部６４を折り曲げることによって形成される環状ステータでは、バックヨーク部が環状折り曲げ時の周方向へ複数ブロックに区分されて、各ブロックごとにティースが形成され、かつ、各ブロック間がヒンジ部を介して接続されている、と表現できる。
【００１６】
本実施の形態では、第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、および、第２の磁性鋼板４３を順に重ね合わせることにより、換言すると、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の間に誘電体４２を介装することにより、コンデンサを形成する。図８は、重ね合わせた磁性鋼板４１，４３および誘電体４２の側面図である。
【００１７】
磁性鋼板４１，４３の表面のうち、誘電体４２と接しない側の面は、樹脂層等により被膜絶縁処理を施す。一方、磁性鋼板４１，４３の表面のうち、誘電体４２と接する側の面は、絶縁処理は施さず、金属メッキを施す。
【００１８】
図９は、３層に重ねた第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、および、第２の磁性鋼板４３によって、環状のステータ１２０を形成する様子を示す図である。図９に示すように、３層に重ねた第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、および、第２の磁性鋼板４３を、ヒンジ部に形成されている折り曲がり部６４を折り曲げることによって（図７参照）、ティース部が内側となるように環状に巻いていく。すなわち、３層に重ねた第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、および、第２の磁性鋼板４３を環状に巻いていくことにより、第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、第２の磁性鋼板４３、第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、第２の磁性鋼板４３の順に積層方向に積み重ねられていく。
【００１９】
コンデンサを構成する磁性鋼板４１，４３にはそれぞれ、外部電極１５，１６を介して、外部回路（例えば、ドライバや、モータを駆動するスイッチング素子回路など）と電気的に接続するための端子（電極）が設けられている。第１の磁性鋼板４１に設けられる端子は、プラス側電極となり、第２の磁性鋼板４３に設けられる端子は、マイナス側電極となる。なお、磁性鋼板４１に設けられる端子をマイナス側電極とし、磁性鋼板４３に設けられる端子をプラス側電極としてもよい。
【００２０】
図６に示す例では、拡大図として示しているように、上述した端子を、磁性鋼板４１，４３のバックヨーク外側（外周側）に向けて突出する形状の端子６０としている。すなわち、端子６０は、環状に積層されたステータの外周側面に、タブとして形成されることになる。
【００２１】
この端子は、磁性鋼板４１，４３の先端（巻き取り開始位置）に設けるようにしてもよいし、中間または後端に設けてよい。また、磁性鋼板４１，４３にそれぞれ１つだけ設けてもよいし、複数設けるようにしてもよい。
【００２２】
図１０は、端子を設ける位置を説明するための図である。図１０では、ステータ１２０を構成する磁性鋼板４１，４３の端部である巻き取り開始位置に端子１０１ａ、１０１ｂを設けた場合、環状に巻かれた磁性鋼板４１，４３の中央に端子１０２ａ、１０２ｂ設けた場合、環状に巻かれた磁性鋼板４１，４３の２箇所に端子（１０３ａ、１０３ｂ）、および、（１０４ａ、１０４ｂ）を設けた場合をそれぞれ示している。
【００２３】
なお、図１０では、端子を設ける位置を説明するために、３パターンを１つの図上に示しているが、実際の端子位置は、いずれか１つのパターンである。また、図１０は、端子を設ける位置を説明するための図という位置づけから、ステータ１２０の形状を、ティースを省略して示すとともに、端子の形状も簡略的に示している。
【００２４】
端子を磁性鋼板４１，４３の端部に設ける場合、図１０に示すように、モータの回転軸方向の外側に設けられることになる。この場合、端子を磁性鋼板４１，４３に容易に設けることができる。一方、端子を磁性鋼板４１，４３の中央に設ける場合、および、２箇所に設ける場合には、図１０に示すように、巻かれた磁性鋼板４１，４３の側面に設ける。
【００２５】
端子を２箇所設ける場合、回転軸方向の一端と、回転軸方向の他端との間で、図１０に示すように、１：２：１となる位置に、端子（１０３ａ、１０３ｂ）、および、（１０４ａ、１０４ｂ）を設けることが好ましい。これは、回転軸方向の中央位置において、電流が通る距離を均等にするためである。
【００２６】
端子を磁性鋼板４１，４３の中央、すなわち、真ん中に設ける場合、磁性鋼板４１，４３の端部に設ける場合に比べて、磁性鋼板４１，４３および誘電体４２で構成されるコンデンサの内部抵抗が減少する。また、２組以上の複数の端子を設ける場合も、磁性鋼板４１，４３の端部に設ける場合に比べて、磁性鋼板４１，４３および誘電体４２で構成されるコンデンサの内部抵抗が減少する。
【００２７】
端子を磁性鋼板４１，４３の端部に設ける場合、中央に設ける場合、および、複数設ける場合のいずれの場合も、磁性鋼板４１に設ける端子と磁性鋼板４３に設ける端子とは、所定の距離内の近接した位置に設ける。例えば、プラス側の端子を磁性鋼板４１の端部に設けるとともに、マイナス側の端子を磁性鋼板４３の中央に設けるようなことはしない。これにより、磁性鋼板４１，４３および誘電体４２で構成されるコンデンサのインダクタンスおよび渦損失を低減することができる。
【００２８】
上述した説明では、三相誘導モータは、ラジアルギャップ型モータであるものとしたが、アキシャルギャップ型モータに適用することもできる。
【００２９】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、アキシャルギャップ型モータに適用した場合に、磁性鋼板４１、誘電体４２、および、磁性鋼板４３を積層して、ステータを製造する様子を示す図である。図１１（ａ）は、磁性鋼板４１、誘電体４２、および、磁性鋼板４３を３層に重ねた状態で、基盤７２に巻き始めた様子を示す図であり、図１１（ｂ）は、巻き終わりを示す図である。図１１（ｂ）に示す巻き終わりの状態から、基盤７２を取り外すことによりアキシャルギャップ型モータのステータの基本構造が形成される。
【００３０】
第１の実施の形態におけるモータによれば、ステータを、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の間に誘電体４２を介装した三層状態で環状に折り曲げることによって形成される環状ステータとしたので、電圧平滑化用のコンデンサを含むモータシステム全体のサイズを小さくすることができる。また、ステータは、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の間に誘電体４２を介装した三層状態で環状に折り曲げて積層方向に重ねることによって形成するので、磁性鋼板を環状に形成した上で順次積み重ねていく通常のステータの形成方法に比べて、コンデンサの電極を兼ねる磁性鋼板が電気的に連結されているので、ステータに形成されたコンデンサの電気的な接続が容易である。
【００３１】
また、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の両面のうち、誘電体４２を介装する面とは反対の面に絶縁処理が施されているので、環状に折り曲げて環状ステータを形成する際に、第１の磁性鋼板４１と第２の磁性鋼板４３とが短絡するのを防ぐことができる。
【００３２】
さらに、第１の磁性鋼板４１に設けられ、外部回路のプラス側と接続するプラス側電極部と、第２の磁性鋼板４３に設けられ、外部回路のマイナス側と接続するマイナス側電極部とを、所定の距離内の近接した位置内に設けることにより、誘電体４２を介装した磁性鋼板４１，４３によって構成されるコンデンサのインダクタンスおよび渦損失を低減することができる。このプラス側電極部およびマイナス側電極部を、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の巻き始めまたは巻き終わりである端部にそれぞれ設けることにより、生産性が良くなる。また、プラス側電極部およびマイナス側電極部を第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の側面に設けた場合、および、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の外周側面にタブとして設けた場合も、生産性が良い。
【００３３】
プラス側電極部およびマイナス側電極部を、環状に巻かれた第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３の中間位置に設けた場合には、端部に設けた場合に比べて、コンデンサの内部抵抗を減少させることができる。また、プラス側電極部およびマイナス側電極部をそれぞれ複数設けた場合にも、コンデンサの内部抵抗を減少させることができる。
【００３４】
−第２の実施の形態−
図１２は、第２の実施の形態におけるモータにおいて、ステータ１２０を構成する第１の磁性鋼板４１、第１の誘電体４２、第２の磁性鋼板４３、および、第２の誘電体４４を示す図である。第２の誘電体４４の形状および材質は、第１の誘電体４２の形状および材質と同じである。
【００３５】
第２の実施の形態では、第１の磁性鋼板４１、第１の誘電体４２、第２の磁性鋼板４３、および、第２の誘電体４４を順に重ね合わせることにより、コンデンサを形成する。この場合、磁性鋼板４１，４３はともに、両面が誘電体と接するため、両面に金属メッキを施す。第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、第２の磁性鋼板４３、および、誘電体４４の順に重ねた状態で、ヒンジ部に形成されている折り曲がり部を折り曲げることによって、環状に巻いていくことにより、環状ステータを形成する。
【００３６】
図１３は、環状ステータを形成した際に、重ね合わせた磁性鋼板４１，４３および誘電体４２，４４の側面図である。ただし、図１３では、説明上、第１の磁性鋼板４１、第１の誘電体４２、第２の磁性鋼板４３、および、第２の誘電体４４を順に積み重ねたものを１組とした場合に、各組を離して示しているが、実際の環状ステータでは接している。すなわち、ある組の誘電体４４は、隣り合う組の第１の磁性鋼板４１と接している。
【００３７】
この場合、２つの磁性鋼板４１，４３の間に誘電体を介装して形成されるコンデンサが並列に接続される構成となり、電位的には、第１の実施の形態の構成と変わらない。また、誘電体が増えた分だけコンデンサの容量が増加している。
【００３８】
以上、第２の実施の形態におけるモータによれば、第１の磁性鋼板４１および第２の磁性鋼板４３のうちのいずれか一方の磁性鋼板の面であって、誘電体４２を介装する面と反対の面に設けられる別の誘電体４４をさらに備え、第１の磁性鋼板４１、誘電体４２、第２の磁性鋼板４３、別の誘電体４４を重ね合わせた状態で環状に折り曲げることによって環状ステータを形成する。これにより、第１の実施の形態における環状ステータの効果に合わせて、磁性鋼板および誘電体によって構成されるコンデンサの容量を増加させることができる。
【００３９】
本発明は、上述した第１〜第２の実施の形態に限定されることはない。例えば、図４および図１２に示すように、２つの磁性鋼板４１，４３の大きさは等しいものとして説明したが、例えば、磁性鋼板４１と磁性鋼板４３とが短絡するのを防ぐために、磁性鋼板４１が磁性鋼板４３よりも大きい形状としてもよい。すなわち、ステータ１２０を導電性のケース１３５に焼きばめする場合、磁性鋼板４１がケース１３５と誤って短絡しても、磁性鋼板４３が磁性鋼板４１よりも小さければ、磁性鋼板４３がケース１３５と短絡することはない。これにより、陰極と陽極とが短絡するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】モータの制御回路の概略構成を示す図である。
【図２】モータの回転軸方向の端部を示す図である。
【図３】モータの端部の断面図である。
【図４】ステータを構成する第１の磁性鋼板、誘電体、および、第２の磁性鋼板を示す図である。
【図５】第１の磁性鋼板および第２の磁性鋼板の形成方法の一例を説明するための図である。
【図６】折り曲がり部を形成する位置、および、折り曲がり部の形状を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）は、折り曲がり部を折り曲げる前の状態を示す図、図７（ｂ）は、折り曲がり部を折り曲げた後の状態を示す図である。
【図８】重ね合わせた２つの磁性鋼板および誘電体の側面図である。
【図９】３層に重ねた第１の磁性鋼板、誘電体、および、第２の磁性鋼板によって、環状のステータを形成する様子を示す図である。
【図１０】電極端子を設ける位置を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）は、アキシャルギャップ型モータに適用した場合に、巻き始めの様子を示す図であり、図１１（ｂ）は、巻き終わりの状態を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態におけるモータにおいて、ステータを構成する第１の磁性鋼板、第１の誘電体、第２の磁性鋼板、および、第２の誘電体を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態におけるモータにおいて、重ね合わせた磁性鋼板および誘電体の側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…モータ
１２０…ステータ
１２１…ロータ
１５…マイナス側の外部電極
１６…プラス側の外部電極
４１…第１の磁性鋼板
４２…誘電体
４３…第２の磁性鋼板
４４…誘電体
【図１】
2010178453.tif 000003
【図９】
2010178453.tif 000004
【図２】
2010178453.tif 000005
【図３】
2010178453.tif 000006
【図４】
2010178453.tif 000007
【図５】
2010178453.tif 000008
【図６】
2010178453.tif 000009
【図７】
2010178453.tif 000010
【図８】
2010178453.tif 000011
【図１０】
2010178453.tif 000012
【図１１】
2010178453.tif 000013
【図１２】
2010178453.tif 000014
【図１３】
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