(57)【要約】【課題】小型化できる電動機の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】バックヨーク（４２）から突出した複数のティース（４３）に巻線（４４）を巻回して構成されるステータ（４１）を有する電動機と、直流電力を昇圧又は降圧するコンバータ（２０）と、コンバータ（２０）の出力を交流電力に変換する電力変換装置（３０）と、を備え、電力変換装置（３０）から巻線（４４）に電力を供給して電動機（１）を駆動する電動機の制御装置（１０）であって、コンバータ（２０）は、変圧器（６５）を有し、バックヨーク（４２）の一部が、変圧器の鉄心として用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックヨークから突出した複数のティースに巻線を巻回して構成されるステータを有する電動機と、
直流電力を昇圧又は降圧するコンバータと、
前記コンバータの出力を交流電力に変換する電力変換装置と、を備え、
前記電力変換装置から前記巻線に電力を供給して前記電動機を駆動する電動機の制御装置であって、
前記コンバータは、変圧器を有し、
前記バックヨークの一部が、前記変圧器の鉄心として用いられることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記バックヨークは、前記バックヨークから突設して形成された突設部を備え、
前記突設部に巻線を巻回して、前記変圧器を構成することを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記バックヨークは、前記バックヨークに穿設されて形成された凹部と、前記凹部の底部から突設して形成された突設部と、を備え、
前記突設部に巻線を巻回して、前記変圧器を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記バックヨークは、前記バックヨークから外周側へと張り出して形成された張出部と、前記張出部から突設して形成された突設部と、を備え、
前記突設部に巻線を巻回して、前記変圧器を構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換装置は、複数の相からなる交流電流を出力し、
第１の相に対応する前記ティース及び巻線と、当該第１の相に対応する前記コンバータとが、前記バックヨークにおいて互いに離反する位置に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電動機の制御装置。
【請求項６】
前記変圧器の鉄心が、前記バックヨークの底部から所定の高さの位置に形成され、
前記コンバータ及び前記電力変換装置が、当該所定の高さの位置に形成された収容部に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリ等の直流電源を用いて電動機（モータ）を駆動制御するときは、直流電力を電力変換器により交流電力に変換して、交流電力を電動機に供給することが一般に用いられている。
【０００３】
このような電動機の駆動制御として、直流電源の直流電力を昇圧又は降圧するための素子とトランスとを有するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、を備え、インバータから交流電力によってモータを駆動させるものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、鉄心を有する変圧器（トランス）を備えているため、このトランスの大きさ及び重量は、電力変換装置全体に対して大きな割合を占めている。そのため、電動機の制御を行う制御装置を、小型、軽量化することが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コンバータ、電力変換装置等からなる制御装置を小型化できる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、バックヨークから突出した複数のティースに巻線を巻回して構成されるステータを有する電動機と、直流電力を昇圧又は降圧するコンバータと、コンバータの出力を交流電力に変換する電力変換装置と、を備え、電力変換装置から巻線に電力を供給して電動機を駆動する電動機の制御装置に適用される。この電動機の制御装置は、コンバータが変圧器を有し、バックヨークの一部が変圧器の鉄心として用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バックヨークの一部がコンバータの変圧器（トランス）の鉄心として用いられる。このような構成によって、バックヨークと変圧器とを一体化することができるので、変圧器を単体で備えるよりも、電動機の制御装置を小型化、軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の電動機の制御装置の説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電動機のステータの説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態の電動機のステータの説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態のトランスの、図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の電動機の制御装置の説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態のトランスの断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の電動機のステータの説明図である。
【図８】本発明の第４実施形態のトランスの、図７におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の電動機のステータの説明図である。
【図１０】本発明の第５実施形態のトランスの、図９におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態の電動機のステータの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態の電動機の制御装置１０の説明図である。
【００１２】
電動機の制御装置１０は、図示しない車両のバッテリ等の直流電源からの直流電力を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、昇圧又は降圧された電力を交流電力に変換する電力変換装置（インバータ）３０とを備えている。インバータ３０の出力は、電動機のステータ４１に備えられる巻線４４に供給される。これにより巻線４４が磁束を回転子の永久磁石に作用させて、電動機を回転駆動する。この電動機は、車両（ハイブリッド車両、電動車両等）に用いられるものである。
【００１３】
図１に示す例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により昇圧又は降圧された直流電流が、電動機のＵ相、Ｖ相及びＷ相それぞれに対応するインバータ３０（３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗ）に供給される。インバータ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、それぞれ、電動機のＵ相、Ｖ相及びＷ相それぞれの巻線４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗに供給され、回転子を回転させる。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相それぞれに対応する変圧器（トランス）２５を備える。トランス２５は、電磁鋼板からなる鉄心と一次側コイル及び二次側コイルとからなり、コイルの巻線数に対応して、一次側と二次側との間で電圧を昇降する。
【００１５】
一方で、電動機４０は、ステータ４１を備える。ステータ４１は電磁鋼板から構成される。従って、ステータ４１の電磁鋼板は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で用いられる鉄心と、同様の特性を有する。
【００１６】
そこで、本発明の実施形態では、トランスの鉄心とステータ４１とを共用するように構成することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を小型化できるように構成した。
【００１７】
図２は、本発明の第１実施形態の電動機のステータ４１の説明図である。
【００１８】
ステータ４１は、磁性体からなり、略円筒状に構成される。ステータ４１は、内周側に突出した複数のティース４３を備える。またステータ４１の外周部分の円筒形状によりバックヨーク４２が構成される。
【００１９】
ティース４３には、それぞれ交流電力の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応して形成され、それぞれに巻線４４が巻回される。
【００２０】
ステータ４１の軸方向の端部には、電動機に供給する電力を制御する制御装置１０が備えられる。制御装置１０は、図１で説明したように、直流電力を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、これを交流電流に変換して、電動機の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に供給するインバータ３０とにより構成される。
【００２１】
ここで、本発明の第１実施形態では、ステータ４１のバックヨーク４２の一部を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のトランスとして機能させるように構成した。
【００２２】
より具体的には、ステータ４１の端部に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子を備えるスイッチング基板６１を備え、このスイッチング基板６１の出力側から、バックヨーク４２の軸方向に巻回した一次巻線５２に接続する。そして、この一次巻線５２と鉄心としてのバックヨーク４２を共通とする二次巻線５３を、バックヨーク４２の軸方向に巻回して各相の付近に備える。すなわち、これらスイッチング基板６１、一次巻線５２、二次巻線５３により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が構成される。
【００２３】
図２に示す例では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相が時計回りに構成されている。Ｕ相では、Ｕ相に対応する電力変換基板６３Ｕが備えられ、電力変換基板６３Ｕの出力が、電動機のＵ相として機能する巻線４４Ｕに接続される。同様に、Ｖ相では、Ｖ相に対応する電力変換基板６３Ｖが備えられ、電力変換基板６３Ｖの出力が、電動機のＶ相として機能する巻線４４Ｖに接続される。また、Ｗ相では、Ｗ相に対応する電力変換基板６３Ｗが備えられ、電力変換基板６３Ｗの出力が、電動機のＷ相として機能する巻線４４Ｗに接続される。
【００２４】
そして、これら電力変換基板６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗのそれぞれの近傍に、二次巻線５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗが巻回して備えられている。二次巻線５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗは、一次巻線５２と鉄心（バックヨーク４２）を共有するので、巻数の比に従った電圧が二次巻線５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗに出力される。電力変換基板６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗは、これら二次巻線５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗからの出力を交流電流に変換して、巻線４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗにそれぞれ供給し、電動機を駆動する。
【００２５】
本発明の第１の実施形態は、このように構成することによって、電動機の駆動のための制御装置に用いられるトランスを、磁性体である電動機のバックヨーク４２と共有することができる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のトランスの構成を省略することができるので、電動機の制御装置１０を小型化することができる。
【００２６】
なお、ステータ４１は、例えば磁性体として粉体の磁性体を圧縮して形成した圧粉磁心を用いることができる。このよう製法を用いることで、ステータ４１が複雑な構造であっても、一度の成型により形成することができ、バックヨーク４２の形状が複雑化してもコストが上昇することがない。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態の電動機の制御装置１０を説明する。
【００２８】
図３は、本発明の第２実施形態の電動機のステータ４１の説明図である。図４は、本発明の第２実施形態のトランス６５の、図３におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、本発明の第２実施形態の電動機の制御装置１０の説明図である。
【００２９】
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３０】
第２実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に用いられるトランスを各相に配置した。
【００３１】
図５に示すように、第２実施形態では、直流電流が供給されるＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、各相に対応してスイッチング基板６１とトランス６５とを備えている。
【００３２】
図３に戻り、ステータ４１の端部には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、スイッチング基板６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗが時計回りに備えられている。これらスイッチング基板６１の出力は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して備えられるトランス６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗに入力される。すなわち、これらスイッチング基板６１、トランス６５により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が構成される。
【００３３】
図４は、このトランス６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗの断面図を示す。
【００３４】
バックヨーク４２から上方にコア部４２ａが突設されている。このコア部４２ａには、トランス６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗの巻線７１（一次巻線及び二次巻線）が二重巻に構成されている。そして、上方に突設するコア部４２ａを囲繞するカバー７０が備えられている。カバー７０は、バックヨーク４２及びコア部４２ａと共に、ＥＩコア型のトランスを構成する。
【００３５】
このように、本発明の第２実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のトランス６５を、各相に対応してバックヨーク４２から突設して形成した。このように構成することにより、トランス６５の磁界と、電動機の駆動のための磁界とが互いに干渉することがないので、電動機の性能に影響を与えることなく、電動機の制御装置１０を小型化することができる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態の電動機の制御装置１０を説明する。
【００３７】
図６は、本発明の第３実施形態のトランス６５の断面図である。なお、第３の実施形態は第２実施形態の変形例であり、基本構成第２実施形態の図３と同様である。この第２実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３８】
第３実施形態では、第２実施形態と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に用いられるトランス６５を各相に配置した。そして、図６に示すように、このトランス６５のコア部４２ａを、バックヨーク４２に穿設した凹部から突出させて、トランス６５をバックヨーク４２の内部に埋設するように構成した。
【００３９】
このように構成することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のトランス６５が、バックヨーク４２から突設することがなくなり、電動機の制御装置１０を小型化することができる。
【００４０】
なお、バックヨーク４２の外周側では電動機の磁束密度が相対的に低いため、トランス６５が電動機の性能に影響を与えることが低くなる。そこで、バックヨーク４２に埋設するトランス６５をバックヨーク４２のできるだけ外周側に埋設することが好適である。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態の電動機の制御装置１０を説明する。
【００４２】
図７は、本発明の第４実施形態の電動機のステータ４１の説明図である。図８は、本発明の第４実施形態のトランス６５の、図７におけるＢ−Ｂ断面図である。なお、第１から第３の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
第３実施形態で前述したように、バックヨーク４２の外周側では電動機の磁束密度が相対的に低いため、トランス６５による電磁誘導が電動機の性能に影響を与えることが低くなる。
【００４４】
そこで、第４実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に用いられるトランスは、バックヨーク４２の外周側へと張り出した張出部７５をＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して三箇所形成し、この張出部７５のそれぞれに、トランス６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗを形成した。
【００４５】
図８に示すように、張出部７５には、前述の第３実施形態と同様に、張出部７５の内部に埋設するように構成した。これにより、トランス６５が、張出部７５から突設することが無くなり、電動機の制御装置１０を小型化することができる。
【００４６】
また、バックヨーク４２の外周側へと張り出した張出部７５にトランスを構成することによって、トランス６５が電動機の性能に影響を与えることが低くなる。特に、張出部７５の磁束とバックヨーク４２の磁束とが加算されて磁束が飽和することがなく、電動機の性能に与える影響がなくなる。
【００４７】
次に、本発明の第５実施形態の電動機の制御装置１０を説明する。
【００４８】
図９は、本発明の第５実施形態の電動機のステータ４１の説明図である。図１０は、本発明の第５実施形態のトランス６５の、図９におけるＣ−Ｃ断面図である。なお、第１から第４の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
第５実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０となる構成と、インバータ３０及び巻線となる構成との相が異なるように配置した。
【００５０】
電動機の巻線のある相（４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗのいずれか１つ）に電流を流しているときは、ティース４３及びその近傍のバックヨーク４２に大きな磁束が流れる。この磁束はバックヨーク４２の内部から隣接するティース４３へとループを形成している。そのため、あるティース４３の巻線４４電流が印加されているときは、このティース４３から離れた箇所では，磁束は大きくない。
【００５１】
そこで、第５の実施形態では、磁束を発生する巻線４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗと、この磁束に影響を与える可能性があるＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、を遠ざけるように構成した。すなわち、スイッチング基板６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗとトランス６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗとが、対応する相から離れた位置に配置した。
【００５２】
具体的には、図９に示すように、Ｕ相の巻線４４Ｕ及び電力変換基板６３Ｕと、この電力変換基板６３Ｕに電力を供給するトランス６５Ｕ及びスイッチング基板６１Ｕは、バックヨーク４２において軸中心から反対方向に配置されている。同様に、Ｖ相の巻線４４Ｖ及び電力変換基板６３Ｖと、この電力変換基板６３Ｖに電力を供給するトランス６５Ｖ及びスイッチング基板６１Ｖは、バックヨーク４２において軸中心から反対方向に配置されている。同様に、Ｗ相の巻線４４Ｗ及び電力変換基板６３Ｗと、この電力変換基板６３Ｗに電力を供給するトランス６５Ｗ及びスイッチング基板６１Ｗは、バックヨーク４２において軸中心から反対方向に配置されている。
【００５３】
このように構成することによって、巻線４４の磁束とこの巻線に電力を供給するためのトランス６５で発生する磁束とが加算されて飽和されることを防ぐことができ、電動機の効率を低下させることを防止できる。
【００５４】
なお、トランス６５についても、磁束の飽和を防止するために、バックヨーク４２から突設しないように、図１０に示すように、カバー７０を、バックヨーク４２の上面と面一状態に構成することが好適である。
【００５５】
次に、本発明の第６実施形態の電動機の制御装置１０を説明する。
【００５６】
図１１は、本発明の第６実施形態の電動機のステータ４１の説明図である。なお、第１から第５の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５７】
第６実施形態は、第５の実施形態の変形例であり、磁束を発生する巻線４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗと、この磁束に影響を与える可能性があるＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、を遠ざけるように構成した。そして、さらに、バックヨーク４２の内部に、電力変換基板６３又はスイッチング基板６１を内装するように構成した。
【００５８】
バックヨーク４２にトランス６５を埋設した場合は、トランス６５が埋設されている高さ付近、すなわち、図１１（Ｂ）における底面側からの高さＸ付近では、トランス６５の影響により、各巻線４４による磁束の磁路が減少する。
【００５９】
そこで、この磁路が減少する高さ付近に、電力変換基板６３又はスイッチング基板６１を内装する空間を設けた場合にも、電動機の効率に与える影響は少ない。このように、電動機の制御装置１０を構成する電力変換基板６３又はスイッチング基板６１を、バックヨーク４２に埋設することで、ステータ４１から突設する構成が少なくなり、電動機の制御装置１０をより小型化することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０    制御装置
２０    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５    トランス
３０    インバータ
４０    電動機
４１    ステータ
４２    バックヨーク
４２ａ    コア部
４３    ティース
４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗ    巻線
６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗ    スイッチング基板
５２    一次巻線
５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗ    電力変換基板
６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗ    トランス
７０    カバー
７１    巻線
７５    張出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014107899.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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