(57)【要約】【課題】モータに隣接する軸方向の空間を縮小し、自動車車両に関する設計の柔軟性の向上をもたらす。【解決手段】ハイブリッドまたは燃料電池車両の車輪を駆動するのに使用される交流電流モータが、モータ上に直径に沿って装着された、すなわちモータの直径の周りに装着されたコンデンサを有する。コンデンサは、環形または円弧の形状であることができる。電力用コンデンサをそのように構成することによって、モータに隣接する軸方向の空間が縮小され、それによって自動車車両に関する設計の柔軟性の向上がもたらされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣモータアセンブリであって、
回転子、および軸の周りを回転するための駆動シャフトを有する交流電流電気モータと、
前記回転子の周りに配置され、内縁部および外縁部を有する固定子と、
前記電気モータの周りに配置され、前記モータの巻き線に電気的に接続された電力用コンデンサとを備えるＡＣモータアセンブリ。
【請求項２】
ハウジングが前記固定子の前記外縁部を取り囲み、前記電力用コンデンサが前記ハウジングの周りに配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記電力用コンデンサが環形である、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記電力用コンデンサが円弧である、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記電力用コンデンサが、約２７０°の円弧長を有する、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記モータが定義された軸方向長さを有し、前記電力用コンデンサが少なくとも実質的に前記モータと同程度の長さの軸方向長さを有する、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項７】
ＡＣモータアセンブリであって、
前記車両を駆動するために前記車両の少なくとも１つの車輪に連結された駆動シャフトを備える回転子を有する、自動車車両用のＡＣトラクタモータと、
前記回転子の周りに配置され、内縁部および外縁部を有する固定子と、
前記固定子の前記外縁部の周りに配置され、前記モータの巻き線に電気的に接続された電力用コンデンサとを備えるＡＣモータアセンブリ。
【請求項８】
ハウジングが前記固定子の前記外縁部を取り囲み、前記電力用コンデンサが前記ハウジング上に直径に沿って配置される、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記電力用コンデンサが、その中に前記ＡＣモータが配置される中空の中央のコア部を画定する環形になっている、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記電力用コンデンサが、間隙により分離される２つの端部によって終端する円弧になっている、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記電力用コンデンサが、約２７０°の円弧長を有する、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記モータが定義された軸方向長さを有し、前記電力用コンデンサが少なくとも実質的に前記モータの長さと同程度の軸方向長さを有する、請求項８７に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気モータ上に直径に沿って装着された電力用コンデンサを対象とする。より詳細には、本発明は自動車車両用のトラクションモータとして使用されるＡＣモータ上に直径に沿って取り付けられた電力用コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車両の構造において、空間の効率的な使用を考慮することが重要である。これは、自動車車両のさまざまな構成要素が、往々にして車体によって画定されるエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）内の空間を取り合うことによる。自動車車両の組立て中のみでなく、車両の保守中も空間の適切な使用を考慮することが必要である。さらに、基本的な自動車の構成要素に関して占める空間をより少なくすることにより、設計者がオプションの構成要素および客室の収容能力に対する空間を増加できるようになる。１つの構成要素の占める空間を調整し、または削減することは実質的な設計の効果を有するようにはならない可能性があるが、数個の構成要素に関して累積的に空間を調整し、占める空間を削減することは、車両内の空間をより効果的に使用し、設計の柔軟性を向上させることにつながる可能性がある。
【０００３】
電圧形インバータ(ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ)装置では、コンデンサは、比較的円滑な直流リンク電圧を維持するために、電力バッファ(ｐｏｗｅｒ  ｂｕｆｆｅｒｓ)を提供するための電圧記憶デバイス(ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ)として使用される。一般に、キャパシタンスボリューム(ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｖｏｌｕｍｅ)は、電圧形インバータのパッケージングによって必要とされる全体の体積の相当な部分を占める。そのようなコンデンサは、しばしば、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサである。これらのコンデンサは、フィルムの表面積の全体量を増加させるために薄い膜を巻くことによって製造される。従来技術では、様々な高さおよび直径の密閉された、または中実の円筒を形成するために、そのようなコンデンサは通常、その中心の周りに堅く巻かれる。
【０００４】
電気駆動部（インバータおよびコンデンサ）と電気モータの間の電力の伝達から生じる損失およびＥＭＩを低下させるために、しばしば電気駆動部とモータの間の伝達距離を最小限に抑えることが望ましい。距離を最小限に抑えるため、電気駆動部は、モータと共通のパッケージに一体化できる。したがって、現在の設計での電気駆動部は、モータの外側に取り付けられたインバータと静電容量回路の両方を有する容器の形にすることができる。したがって、電気駆動部は、円筒として構成された電気駆動部をモータの端部に取り付けることによってモータと一体化される。駆動部をモータの端部に取り付けることによって、軸方向長さが必然的に増加する。多くのパッケージング用途では、軸方向の空間が制限され、モータの端部に電気駆動部を取り付けることによって、電気モータは、軸方向長さを縮小する必要がある可能性があり、それによって動力およびトルクの出力容量を損失することになる。電気駆動部によって必要とされる静電容量は、かなりの体積を占めるので、静電容量を再配置することにより、残りの電気駆動部の構成要素の体積が縮小し、したがってモータ端部の電気駆動部のパッケージの軸方向長さが縮小する。軸方向長さは、しばしば、幅よりも制限のある電気駆動部システムの寸法なので、軸方向長さを縮小することにより、望ましい結果を得ることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
交流電気モータアセンブリは、回転子、および回転子の周りに配置された固定子と組み合わさった、軸の周りを回転するための駆動シャフトを有する交流電気モータと、固定子に対して直径に沿って装着され、モータの巻き線に電気的に接続された電力用コンデンサを備える。
【０００６】
アセンブリの別の態様では、ハウジングが固定子の外縁部を取り囲み、電力用コンデンサがハウジング上に直径に沿って配置される。
アセンブリの別の態様では、電力用コンデンサは環形になっている。
【０００７】
アセンブリの別の態様では、電力用コンデンサは円弧になっている。
アセンブリの別の態様では、モータは自動車車両用のトラクタモータ（ｔｒａｃｔｏｒ  ｍｏｔｏｒ）である。
【０００８】
アセンブリの別の態様では、インバータがモータ上に軸方向に装着され、電力用コンデンサがモータ上に直径に沿って装着される。
いくつかの図を通じて同様の参照符号が同じまたは類似の部分を示す添付の図面と共に本発明を考察すれば、本発明の様々なその他の特徴およびそれに伴う利点がより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図１を参照すると、内燃機関１４、および交流（ＡＣ）モータ１６を備えるハイブリッド駆動部１２を備える車両１０が概略的に示される。内燃機関１４およびＡＣモータ１６は、トランスミッション２０を介して車輪１８を駆動する。パワー・スプリッタ・デバイス（ｐｏｗｅｒ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ）２２は、内燃機関１４が動作している場合に、バッテリのバンク（ａ  ｂａｎｋ  ｏｆ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）として構成できるバッテリ２６を充電するように発電機２４を駆動する。発電機２４は、選択された環境の下で電気モータ１６に電力供給して内燃機関１４と同時に動作させることができる。バッテリ２６および発電機２４は、ＡＣモータ１６の軸方向に装着され、それと一体のものとして示されるインバータ３０にＤＣ電流を送る。電力用コンデンサ３２もＡＣモータ１６と一体である。本発明によれば、電力用コンデンサ３２は、モータ１６、インバータ３０、およびコンデンサ３２からなるモータアセンブリ３３を形成するように、モータ１６上に直径に沿って装着されている。用語、「直径に沿って装着された」は、モータ１６の直径の周りに装着されていることを意味する。
【００１０】
次に図２を参照すると、燃料電池４０によって車両１０’が電力供給される点を除いて図２は図１と同様であり、両方ともバッテリ２６を充電し、ＡＣモータアセンブリ３３のインバータ３０に直流電流を供給する。ＡＣモータアセンブリ３３は、図１のＡＣモータアセンブリ３３と同様に構成され、軸方向に装着されたインバータ３０は、燃料電池４０からの直流電流をＡＣに転換し、電力用コンデンサ３２は、直径に沿ってＡＣモータ１６に装着されている。
【００１１】
次に、図３および４を参照すると、本発明の第１の実施形態が示され、図１および２に示されたモータアセンブリ３３が、ＡＣモータ１６の第１の端部４３に装着されてモータの軸方向に延びるインバータ３０を有し、電力用コンデンサ３２は、ＡＣモータ上に直径に沿って装着され、ＡＣモータの巻き線に接続されている。図４で分かるように、モータ１６は、ＡＣモータの第２の端部４４から突出する出力シャフト４２を有する。出力シャフト４２は、ＡＣモータのアーマチュア４６に対して固定され、そのアーマチュアは固定子４８の内側で回転する。固定子４８は、ハウジング５０によって取り囲まれ、その上に電力用コンデンサ３２が直径に沿って装着されている。図３および４では、電力用コンデンサ３２は環形であり、円形の内面５２を有し、その中にモータ１６が受けられる。好ましくは、電力用コンデンサ３２は、ハウジング５０の外面に装着されるが、電力用コンデンサ３２は、ハウジング５０内に配置されるように構成することができる。
【００１２】
電力用コンデンサ３２をＡＣモータ１６上に直径に沿って装着することによって、モータアセンブリ３３の軸方向長さＬは、ＡＣモータの長さにインバータ３０を加えた長さに限定される。したがって、モータアセンブリ３３は、軸方向に占める空間がより少ない。軸方向空間は、より制限のある設計寸法なので、モータアセンブリ３３の軸方向の延出を縮小させることにより、径方向に占める追加の空間を最小にしながら、かなりの軸方向空間が自由に使えるようになる。
【００１３】
次に、図５および６を参照すると、第２の実施形態のモータアセンブリ３３’は、実質的に図１〜４のアセンブリ３３と同じ構造を有し、同じ参照番号が同様の構造を特定する。図５および６では、コンデンサ３２’は環形ではなく円弧であり、コンデンサ３２’の端部５６と５８の間に間隙５５がある。コンデンサの弧は、３６０°の代わりに２７０°であることができ、または別の円弧長であることができる。
【００１４】
次に、図７および８を参照すると、モータアセンブリ３３’’の第３の実施形態が示され、コンデンサ３２’’が図１〜６のコンデンサ３２および３２’と比較して軸方向に延長されているのが分かる。コンデンサ３２’’の軸方向の範囲は、図７に示すようにモータ１６の定義された軸方向長さと実質的に同じであるが、軸方向範囲は、どちらの方向にもモータの軸方向長さよりもさらに長くなっていることができる。たとえば、コンデンサ３２’の長さは、インバータ３０を越えて延びることができ、または出力シャフト４２を越えて延びることができる。さらに、コンデンサ３２’の軸方向長さは、図３および４に示されたよりも長くすることができるが、モータ１６の軸方向長さと同程度にはならない。さらに、図７および８に示される実施形態では、コンデンサ３２’’は、図３および４に示されるコンデンサ３２のように環形ではなく、コンデンサ３２’のように円弧であることができる。
【００１５】
図１〜８に示されるようにモータハウジング５０にコンデンサ３２、３２’、および３２’’を装着することにより、広い表面領域が利用可能になる結果として、使用される静電容量の総量を増加させることが可能である。その結果として、本発明のモータアセンブリ３３、３３’、および３３’’の信頼性を向上させることができる。さらに、コンデンサ３２、３２’、および３２’’の電圧は、実質的にＤＣであるので、コンデンサそれ自体は、車両１０のその他の構成要素からの、または車両の外部の電磁干渉からの望ましくない電磁干渉に対して、モータ１６を遮蔽する働きをすることができる。
【００１６】
設計構造は、インバータ３０を電気モータ１６から離した位置にすることが可能であるが、コンデンサ３２、３２’および３２’’に関して直径に沿った装着位置にすることの便益によって、モータ１６と共に一体に組み立てられた適正なコンデンサを有するモータを備える駆動パッケージに関して、軸方向長さが縮小し、電磁的に遮蔽される利点がもたらされる。
【００１７】
直径に沿って装着されたコンデンサ３２、３２’、および３２’’を利用することによって利用可能にされる、さらなる設計のトレードオフは、モータ１６の増加される軸方向長さに関して、利用可能な空間が増加することであり、それによって出力動力およびトルクが増加する。
【００１８】
環形および円弧のコンデンサの構造は、バーモント州ＢａｒｒｅにあるＳＢＥ社のＳＢ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから市販されている。
上記の説明から、当業者は、本発明の基本的な特徴を容易に確認することができ、本発明の様々な用法および条件に適合させるために、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の様々な変更および修正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】直径に沿って装着されたコンデンサを備える電気モータを利用するハイブリッド自動車車両の概略図である。
【図２】直径に沿って装着されたコンデンサを備える電気モータを有する燃料電池駆動車両の概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による、直径に沿って装着された環形のコンデンサを備える電気モータの側面図である。
【図４】図３の線４−４に沿った図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による、直径に沿って装着された円弧のコンデンサを備える電気モータの側面、底面、または上面図である。
【図６】図５の線６−６に沿った立面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に従ってモータの上に直径に沿って装着された、軸方向長さの増加したコンデンサを有するモータの上面、側面、または底面図である。
【図８】図７の線８−８に沿った立面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  車両
１０’  車両
１２  ハイブリッド駆動部
１４  内燃機関
１６  交流（ＡＣ）モータ
１８  車輪
１８’  車輪
２０  トランスミッション
２２  パワー・スプリッタ・デバイス
２４  発電機
２６  バッテリ
２６’  バッテリ
３０  インバータ
３２  電力用コンデンサ
３２’  電力用コンデンサ
３２’’  電力用コンデンサ
３３  モータアセンブリ
４０  燃料電池
４２  出力シャフト
４３  第１の端部
４４  第２の端部
４６  アーマチュア
４８  固定子
５０  ハウジング
５２  内面
５５  間隙
５６  端部
５８  端部
【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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