(57)【要約】【課題】インバータと同期電動機の各巻線とを接続する電力線の長さを可能な限り短縮することができると共に、各電力線間の長さの不均一を抑制すること。【解決手段】上下アーム１４ａ，…，３０ｃを直流電源に対して複数個並列に接続し、各上下アーム１４ａ，…，３０ｃから交流電力を出力するインバータと、ロータ７２の回転軸ＡＸを中心とする円周方向に、複数個の巻線４４ａ，…，６０ｃが間隔を空けて配列されてなるステータを有する同期電動機とを備えた同期電動機駆動システム２であって、上下アーム１４ａ，…，３０ｃは巻線４４ａ，…，６０ｃと一対一に対応し、対応関係にある各上下アームと各巻線とは交流電力を給電するための電力線１０２ａ，…，１１８ｃで接続されていると共に、上下アームの各々を、対応関係にある巻線以外のいずれの巻線よりも当該対応関係にある巻線に近接させた。【選択図】図３
2009291040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子が直列に接続された構成を有する上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチング素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータと、
ロータの回転軸を中心とする円周方向に、複数個の巻線が間隔を空けて配列されてなるステータを有する同期電動機と、
を備えた同期電動機駆動システムであって、
前記上下アームは前記巻線と一対一に対応し、対応関係にある各上下アームと各巻線とは交流電力を給電するための電力線で接続されていると共に、上下アームの各々を、対応関係にある巻線以外のいずれの巻線よりも当該対応関係にある巻線に近接して配置したことを特徴とする同期電動機駆動システム。
【請求項２】
前記上下アームの各々は、前記回転軸と直交し、かつ対応関係にある巻線を通過する直線を含む位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項３】
前記同期電動機は、前記複数個の巻線を収納するフレームを有し、
前記上下アームの各々は、前記フレームの外周面に配されていることを特徴とする請求項２に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項４】
前記ステータは、前記巻線毎に設けられ各巻線が巻回されたティースを有するコアを備え、前記上下アームの各々は、当該コアに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項５】
前記上下アームの各々は、前記回転軸方向から見て、対応関係にある巻線と重なる位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項６】
前記同期電動機は、前記回転軸と直交する板状部材を有し、
前記上下アームの各々は、前記板状部材の主面に配されていることを特徴とする請求項５に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項７】
前記上下アームの各々にはコンデンサが並列に接続されていて、当該コンデンサの各々を、接続先の上下アーム以外のいずれの上下アームよりも当該接続先の上下アームに近接させてあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項８】
前記対応関係にある各上下アームと各巻線との間に、冷却媒体が流通する冷却路がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、炭化珪素または窒素ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体により構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の同期電動機駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機駆動システムに関し、特に、同期電動機とこれを駆動するためのインバータとを有する同期電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車の動力源として用いられる同期電動機を駆動するには、当該電気自動車に搭載されたバッテリからの直流電力をインバータによって交流電力に変換する必要がある。インバータは、スイッチング素子が直列に接続された構成を有する上下アームを、通常、同期電動機の相数に応じた個数有しており、当該スイッチング素子のオン／オフによって直流・交流変換がなされる。
【０００３】
この場合、スイッチング素子によるオン／オフの切替（スイッチング）は比較的高速に行われるため、これにより発生する高周波電力を同期電動機まで供給する電力線が長いと、電磁波ノイズが多く発生するといった問題が生じる。
この問題に対処するため、特許文献１には、インバータと当該インバータを制御する制御ユニットとをケース内に収納してなるコントローラを、ヒートシンクを間に挟んで電動機本体と一体化したものが開示されている。
【０００４】
これによれば、コントローラ（インバータ）と電動機本体とを離間して配置し、両者を電力線で接続した場合と比較して、全体的に電力線を短縮できることとなるため、電磁波ノイズが低減できる。
【特許文献１】特開平５−２９２７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようにコントローラを電動機本体に近づける構成とした場合であっても、インバータと同期電動機の各巻線とを接続する各々の電力線同士では、長さの不均一が生じる。この傾向は、一の相を複数の巻線で構成し、かつ、これらの巻線を並列に接続した場合に顕著になる。
また、一般的に、巻線の数が多くなるのに伴って、ロータの磁極数も多くなる。磁極数が多くなると、巻線に流す電流の周波数が高くなる。電流の周波数が高くなると、インバータのスイッチング素子におけるオン／オフの切替周期が短くなる（すなわち、スイッチング周波数が高くなる。）。スイッチング周波数が高くなると、スイッチング素子におけるオン／オフの切替動作（スイッチング動作）をより高速にして、スイッチング素子における損失を低減する必要がある。
【０００６】
スイッチング動作を高速にすると、電力線に流れる電流の時間変化率（ｄｉ/ｄｔ）が大きくなるため、当該電力線によるインダクタンスの影響で、過大なサージ電圧（インダクタンス値をＬとすると、Ｌ×（ｄｉ/ｄｔ）に相当）が発生する。このサージ電圧によって、スイッチング素子が破壊されてしまうおそれが生じる。一方、サージ電圧を抑制しようとすると、スイッチング動作を高速に行い得ないため、スイッチング素子における損失を低減することができなくなる。
【０００７】
サージ電圧は、電力線のインダクタンスが大きくなるほど、換言すれば、電力線が長くなるほど大きくなる。このため、インバータと同期電動機の各巻線とを接続する各々の電力線同士において、長さの不均一が存する場合は、最長の電力線に合わせて、耐圧特性の優れたスイッチング素子を選択する等の過剰なマージンをもった設計にならざるを得ない。
【０００８】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、インバータと同期電動機の各巻線とを接続する電力線の長さを可能な限り短縮することができると共に、各電力線間の長さの不均一を抑制することができる同期電動機駆動システム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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明に係る同期電動機駆動システムは、スイッチング素子が直列に接続された構成を有する上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチング素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータと、ロータの回転軸を中心とする円周方向に、複数個の巻線が間隔を空けて配列されてなるステータを有する同期電動機とを備えた同期電動機駆動システムであって、前記上下アームは前記巻線と一対一に対応し、対応関係にある各上下アームと各巻線とは交流電力を給電するための電力線で接続されていると共に、上下アームの各々を、対応関係にある巻線以外のいずれの巻線よりも当該対応関係にある巻線に近接して配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成からなる同期電動機駆動システムによれば、交流電力を出力する上下アームが巻線と一対一に対応させて設けられ、上下アームの各々が対応関係にある巻線以外のいずれの巻線よりも当該対応関係にある巻線に近接されてあるため、交流電力を巻線に供給するため対応関係にある各上下アームと各巻線とを接続する電力線の長さを可能な限り短縮することができる。また、各電力線間の長さを、短縮された長さで揃えることが可能となるため、各電力線間の長さの不均一を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る同期電動機駆動システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る同期電動機駆動システム２の回路構成図である。
図１に示すように、同期電動機駆動システム２は、蓄電池等の直流電源ＢＡからの直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ複数個からなるインバータ群４とインバータ群４から出力される交流電力によって駆動される同期電動機６とを有する。
【００１２】
インバータ群４は、本例では３個のインバータ８，１０，１２で構成される。
インバータ８，１０，１２の各々は、いずれも同様の構成であるため、インバータ８を代表にして説明する。
インバータ８は、直流電源ＢＡに対して並列に接続された３個の上下アーム１４ａ，１６ｂ，１８ｃを有する。上下アーム１４ａ，１６ｂ、１８ｃの各々はスイッチング素子３２とスイッチング素子３４とが直列に接続されてなるものである。すなわち、スイッチング素子３２のソース端子とスイッチング素子３４のドレイン端子とが電気的に接続されてなるものである。なお、各上下アーム１４ａ，１６ｂ，１８ｃを構成するスイッチング素子は、いずれも同種のものなので、煩雑さを避けるため、各上下アームを構成するスイッチング素子には、同じ符号を付すこととする。スイッチング素子３２，３４にはＭＯＳＦＥＴが用いられる。なお、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他の高周波スイッチング動作が可能なもの、例えば、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴを用いても構わない。この場合に、スイッチング素子３２，３４は、ＳｉＣ（炭化珪素）系やＧａＮ（窒化ガリウム）系のワイドバンドギャップ半導体素子を用いることができる。
【００１３】
各上下アーム１４ａ，１６ｂ、１８ｃにおけるスイッチング素子３２，３４は、図外の制御ユニットからのゲート制御信号によって所定のタイミングでオン/オフ制御され、これにより、交流電力が両スイッチング素子３２，３４間の直列接続点８ａ，８ｂ，８ｃから出力される。
インバータ１０，１２の各々も、インバータ８と同様、スイッチング素子３２，３４からなる上下アーム２０ａ、２２ｂ、２４ｃ、上下アーム２６ａ、２８ｂ、３０ｃをそれぞれ有し、各々を構成するスイッチング素子３２，３４の直列接続点１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１２ａ，１２ｂ，１２ｃから交流電力を出力する。
【００１４】
同期電動機６は、インバータ８，１０，１２の各々に対応する巻線群３８，４０，４２を有する。
巻線群３８は、３個の巻線４４ａ，４６ｂ，４８ｃからなる。巻線４４ａ，４６ｂ，４８ｃは、その一端部同士が互いに接続され、Ｙ結線されている。巻線４４ａ，４６ｂ，４８ｃの他端部は、それぞれ、上下アーム１４ａ、１６ｂ、１８ｃにおける直列接続点８ａ，８ｂ，８ｃと電気的に接続されている。
【００１５】
巻線群４０，４２も同様に、それぞれ、巻線５０ａ，５２ｂ，５４ｃ、巻線５６ａ，５８ｂ，６０ｃからなる。巻線５０ａ，５２ｂ，５４ｃの一端部同士は互いに接続され、巻線５６ａ，５８ｂ，６０ｃの一端部同士も互いに接続されている。また、巻線５０ａ，５２ｂ，５４ｃの他端部は、それぞれ、上下アーム２０ａ、２２ｂ、２４ｃにおける直列接続点１０ａ，１０ｂ，１０ｃと電気的に接続されており、巻線５６ａ，５８ｂ，６０ｃの他端部は、それぞれ、上下アーム２６ａ、２８ｂ、３０ｃにおける直列接続点１２ａ，１２ｂ，１２ｃと電気的に接続されている。
【００１６】
以上説明したように、同期電動機駆動システム２では、巻線毎に上下アームが設けられている。なお、一つの上下アームを構成するスイッチング素子３２，３４は、後述するように、一つのモジュールに収められており、上下アームと各巻線とは、上下アームから出力される直流電力を給電するための電力線で接続されている。
続いて、図２〜図４を参照しながら、同期電動機駆動システム２の構造について説明する。
【００１７】
図２は、同期電動機駆動システム２の外観を示す斜視図であり、図３は、後述する側板６６を除いた状態で後述するロータ７２（シャフト７０）の回転軸ＡＸ方向から同期電動機６内部を視た概略構成図である。
図２に示すように、同期電動機６は、回転軸ＡＸを中心とする円筒形をしたフレーム６２とフレーム６２の両端の各々に設けられた板状部材である側板６４，６６とからなるケーシング６８を備え、ケーシング６８内に後述するロータ７２とステータ７４とが収納されてなる構成を有する。
【００１８】
側板６２は、中空円板状をしていて、当該中空部（図２では現れていない）からシャフト７０が延出されている。
図２、図３に示すように、フレーム６２の外周面には、その周方向に略等間隔で、モジュール化された上下アーム１４ａ，１６ｂ，１８ｃ，２０ａ，２２ｂ，２４ｃ，２６ａ，２８ｂ，３０ｃが設けられている。
【００１９】
図３に示すように、フレーム６２内には、ロータ７２とステータ７４とが収納されている。
ロータ７２は、円筒部材７６と円筒部材７６に外挿固着された円筒磁石７８とからなる。円筒磁石７８は周方向に着磁された１０極磁石である。円筒部材７６には、シャフト７０が挿入固着されている。
【００２０】
ステータ７４は、回転軸ＡＸを中心として放射状に、かつ、回転軸ＡＸと同心円上、周方向に略等間隔で配された複数個（本例では９個）のティース８０ａ，８２ａ，８６ａ，８８ｂ，９０ｂ，９２ｃ，９４ｃ，９６ｃを有するコア１００と、これらティースの各々に、集中巻きで巻回された上述の巻線４４ａ，５０ａ，５６ａ、４６ｂ、５２ｂ，５８ｂ，４８ｃ，５４ｃ，６０ｃとからなる。上記巻回態様から明らかなように、各巻線４４ａ，５０ａ，５６ａ、４６ｂ、５２ｂ，５８ｂ，４８ｃ，５４ｃ，６０ｃの中心軸は、シャフト７０の径方向を向いていることとなる。
【００２１】
回転軸ＡＸを中心とする円周方向に配されたこれら巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃの内、周方向に隣接する巻線３個ずつ（巻線４４ａ，５０ａ，５６ａ、巻線４６ｂ、５２ｂ，５８ｂ，巻線４８ｃ，５４ｃ，６０ｃ）がそれぞれ、三相同期電動機６におけるａ相、ｂ相、ｃ相に対応する巻線である。また、各相を構成する３個の巻線の内、周方向真中の巻線５０ａ，５２ｂ，５４ｃは、その両側に位置する巻線とは、巻回方向が逆向きになっている。
【００２２】
各巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃに交流電力を供給する上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃは、それぞれ対応する巻線の直近に配置している。ここで、「対応する巻線の直近」とは、「対応する巻線以外のいずれの巻線よりも当該対応する巻線に近接させている」ことを意味する。
例えば、上下アーム１４ａの場合は、対応する巻線４４ａ以外のいずれの巻線５０ａ，５６ａ、４６ｂ、５２ｂ，５８ｂ，４８ｃ，５４ｃ，６０ｃよりも当該対応する巻線４４ａに近接させて当該上下アーム１４ａを配置している。
【００２３】
「対応する巻線の直近」状態を実現するため、実施の形態１では、各上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃを、フレーム６２の外周面上であって、回転軸ＡＸと直交し対応する巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃを通過する仮想直線（前記中心軸）を含む位置に配することとしている。換言すると、各上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃを、フレーム６２の外周面上であって、シャフト７０の径方向から見て、対応する巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃと重なる位置に配することとしている。
【００２４】
また、各上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃと、対応する巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃとは、各々、電力線１０２ａ，１０４ａ,１０６ａ、１０８ｂ、１１０ｂ，１１２ｂ，１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃで接続されている。なお、上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃの各々には、電力線１０２ａ，１０４ａ,…，１１６ｃ，１１８ｃの他に、直流電源ＢＡからの直流電力が給電される給電線、前記ゲート制御信号を受信するための信号線が接続されているのであるが、図２を含む構造図において、当該給電線と信号線についての図示は省略することとする。
【００２５】
なお、電力線１０２ａ，１０４ａ,…，１１６ｃ，１１８ｃは、巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃと別個に設けるのではなく、巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃの一端部を対応する上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃまで延長し、当該延長部分を電力線１０２ａ，１０４ａ,…，１１６ｃ，１１８ｃとして用いても構わない。この場合、巻線（電力線）は、その横断面形状が円形のもの（丸線）よりは、扁平方形のもの（平角線）の方が好ましい。このようにすることにより、電力線の配線を容易にすることができるため、生産性が良くなり、また強固に接続することができるため、同期電動機駆動システムの信頼性が向上することとなる。
【００２６】
以上説明したように、各巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃに交流電力を供給する上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃは、それぞれ対応する巻線の直近に配置しているため、巻線と対応する上下アームとを接続する電力線を可能な限り短くすることができる。これにより、同期電動機６の駆動中に前記電力線で発生する電磁波ノイズを可能な限り低減することができる。
【００２７】
また、各電力線間の長さを揃えることができるため（各電力線間の長さの不均一を抑制することができるため）スイッチング素子の選択等に際し、過剰なマージンをもった設計が強いられることを回避できることとなる。
次に、巻線と上下アームの冷却手段について説明する。
図３に示すように、コア１００の外周面において、上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃ各々と対応する各巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃとの間には、回転軸ＡＸと平行に（すなわち、紙面に垂直方向に）、溝が形成されており、当該溝が冷却媒体の流路（以下、「冷却路」と言う。）１２０ａ，１２２ａ，１２４ａ，１２６ｂ，１２８ｂ，１３０ｂ，１３２ｃ，１３４ｃ，１３６ｃを構成している。なお、冷却路１２０ａ，１２２ａ，…，１３４ｃ，１３６ｃ部分以外のコア１００外周とフレーム６２内周とは密着していて、気密性・水密性が確保されている。冷却媒体としては、例えば水（冷却水）を用いることができる。
【００２８】
冷却路１２０ａ，１２２ａ，…，１３４ｃ，１３６ｃには、図２に示す、取水口１３８から流入した冷却水が後述する流路を経て冷却水が順次流通し、最終的には排水口１４０から流出されることとなる。
図３において、冷却水は、冷却路１２０ａを最初に順次、反時計回りに冷却路１３６ｃ，１３４ｃ，…，１２４ａ，１２２ａを流通する。なお、図２において、冷却路１２０ａ〜１２２ａを含む冷却水の流通経路を破線で示している。
【００２９】
周方向に隣接する冷却路同士を連通する流路（以下、「連通路」と言う。）６４Ｆ,６６Ｆは、それぞれ、フレーム６２と側板６４，６６とで形成される。
連通路６４Ｆ,６６Ｆについて、図４、図５を参照しながら説明する。
図４は、フレーム６２（図２）を介して対向して配置されている側板６４と側板６６対向面を表した図である。図４（ａ）に側板６４を、図４（ｂ）に側板６６をそれぞれ示している。
【００３０】
図４（ｂ）のＥ・Ｅ線断面図に示すように側板６６は、径方向端部部分に外周に沿って形成されたリブ６６Ｒを有しており、リブ６６Ｒとフレーム６２内周の一部とで前記連通路６６Ｆが形成される。図４（ａ）に示す側板６４も同様なリブ６４Ｒを有していて、リブ６４Ｒとフレーム６２内周の一部とで前記連通路６４Ｆが形成される。
例えば、同期電動機６（図２）において、図４（ｂ）におけるＥ・Ｅ線に相当する位置で切断した断面図を図５（ａ）に示す。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、リブ６６Ｒおよびフレーム６２の一部、コア１００の一部で囲まれる空間が側板６６側の連通路６６Ｆとなる。なお、図５（ａ）に示すように、この位置では、側板６４のリブ６４Ｒとフレーム６２の内周面とは密着していて、連通路は形成されていない。すなわち、リブの厚みを薄くして、当該リブとフレーム６２の内周面との間に隙間（空間）を設けるとそれが連通路６６Ｆとなり、リブの厚みを分厚くして当該リブとフレーム６２の内周面とを密着させると、その部分では連通路が形成されないこととなるのである。
【００３２】
図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すのは、同期電動機６（図２）において、それぞれ、図４（ｂ）におけるＤ・Ｄ線、Ｆ・Ｆ線、Ｇ・Ｇ線に相当する位置で切断した断面図である。
図５（ｂ）に示すように、取水口１３８から取り入れられた冷却水（不図示）は、側板６６側の連通路６６Ｆに流入する。冷却水は連通路６６Ｆを進み（図５（ａ））、最初の冷却路１２０ａに達する（図５（ｃ）、図３）。そして、冷却路１２０ａを通過して、側板６４側の連通路６４Ｆに至る。巻線と上下アームで発生する熱と冷却水との間の熱交換は、冷却水が冷却路１２０ａを流通する間に主としてなされる。
【００３３】
次に、連通路６４Ｆを進行した冷却水は、冷却路１３６ｃ（図３）に至る。そして、冷却路１３６を進行して、側板６６側の連通路（不図示）に戻ってくる。
上記のようにして、冷却水は、図２に破線で示したように、冷却路１２０ａ，１３６ｃ，１３４ｃ，…，１２４ａ，１２２ａをこの順に、ジグザグに流通して行き、最終的には、図５（ｂ）に示す排水口１４０から排出される。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態１を例に説明してきたが、本発明は、上記の例に限らず、例えば、以下のようにしても構わない。
（１）上記冷却媒体は、水に限らず、他の液体、例えば油でも良く、また液体に限らず、気体、例えば、空気でも構わない。
（２）上記の例では、コアの外周に溝を設けて冷却路を構成したが、これに限らず、コアとは別の部材、例えば、冷却パイプを巻線と対応する上下アームとの間を通過するように蛇行させて配管することにより、冷却路を構成することとしても構わない。
（３）上記の例は、ロータ表面に永久磁石を張り付けた表面磁石構造の同期電動機（SPMSM）であったが、本発明は、これに限らず、ロータ内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石構造の同期電動機（IPMSM）にも適用可能である。あるいは、永久磁石を使用せず、電磁鋼板のみで構成されたロータとしたリラクタンストルク応用電動機にも適用できる。
（４）上記の例では、巻線はティースに巻回されていたが、ティースの無い（すなわち、コアの無い）空芯の巻線としても構わない。
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、上下アームの各々をフレーム６２の外周、すなわち円筒面上に配したが、実施の形態２の同期電動機駆動システム１５０では、回転軸ＡＸと直交する平面上に配することとした。
【００３５】
具体的には、図６に示すように、側板６６に基板１５２を取着し、基板１５２の主面上に上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃを配することとした。
実施の形態２の同期電動機駆動システム１５０は、実施の形態１の同期電動機駆動システム２とは、上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃの配置位置が異なる以外は、回路構成（図１）も含め、基本的に同様である。
【００３６】
したがって、同期電動機駆動システム１５０において、実施の形態１の同期電動機駆動システム２と同様の構成については同じ符号を付して、その詳細な説明については省略する。
上述したように、図６に示すとおり、側板６６に重ねて円板状をした板状部材である基板１５２を取着し、基板１５２の主面に上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃを配することとした。電動機の中には、上記したようなフレーム６２を有しタイプのものがあるため、このように基板を設けることにより、上下アームを同期電動機に一体的に取り付けることが可能となる。
【００３７】
図７に、回転軸ＡＸ方向から視た側面図を示す。同期電動機６内部に在る構成部分は、破線で描いている。
実施の形態２においても、実施の形態１と同様、各巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃに交流電力を供給する上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃは、それぞれ対応する巻線の直近に配置している。すなわち、例えば、上下アーム１４ａの場合は、対応する巻線４４ａ以外のいずれの巻線５０ａ，５６ａ、４６ｂ、５２ｂ，５８ｂ，４８ｃ，５４ｃ，６０ｃよりも当該対応する巻線４４ａに近接させて当該上下アーム１４ａを配置している。
【００３８】
具体的には、「対応する巻線の直近」状態を実現するため、実施の形態２では、各上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃを、基板１５２の主面上であって、図７に示すように、同期電動機６を回転軸ＡＸの方向から視たときに、対応する巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃと少なくとも一部が重なる位置に配することとしている。
なお、各上下アーム１４ａ，２０ａ，…，２４ｃ，３０ｃと、対応する巻線４４ａ，５０ａ，…，５４ｃ，６０ｃとは、基板１５２および側板６６に設けられた孔（不図示）に挿通された電力線１０２ａ，１０４ａ,１０６ａ、１０８ｂ、１１０ｂ，１１２ｂ，１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃ各々（図６）で接続されている。
＜実施の形態３＞
図８に、実施の形態３に係る同期電動機駆動システム１５０の回路構成図を示す。
【００３９】
同期電動機駆動システム１５０は、実施の形態１の同期電動機駆動システム２（図１）と同様、３個のインバータ１８２，１８４，１８６からなるインバータ群１８０を備え、インバータ１８２，１８４，１８６の各々は、上下アーム１４ａ，１６ｂ，１８ｃ、上下アーム２０ａ，２２ｂ，２４ｃ、上下アーム２６ａ，２８ｂ，３０ｃを有している。
同期電動機駆動システム１５０が、実施の形態１の同期電動機駆動システム２（図１）
と異なるのは、上下アーム１４ａ，１６ｂ，１８ｃ，２０ａ，２２ｂ，２４ｃ，２６ａ，２８ｂ，３０ｃの各々にコンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，１６６ｃ，１６８ａ，１７０ｂ，１７２ｃ，１７４ａ，１７６ｂ，１７８ｃをそれぞれ並列に接続している点にある。当該相違点以外は、同期電動機駆動システム１５０は、実施の形態１の同期電動機駆動システム２と基本的に同様の構成なので、共通部分には、同じ符号を付してその説明については省略し、異なる部分を中心に説明することとする。
【００４０】
上記のように、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃを設けることにより、上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃのスイッチング動作によるサージ電圧の発生を抑制することができる。コンデンサには、温度特性に優れているセラミックコンデンサ、周波数特性に優れているフィルムコンデンサ、小型化に有利な電解コンデンサを用いることができる。
【００４１】
コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃと上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃの配置位置について図９を参照しながら説明する。
図９は、同期電動機駆動システム１６０の外観を示す斜視図であり、図２と同様に描いたものである。
同期電動機駆動システム１６０は、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃをケーシング６８に一体的に取り付ける為に板状部材である基板１８８を設け、その基板１８８にコンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃに実装した以外は、上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃの配置位置を含め、基本的に、実施の形態１の同期電動機駆動システム２(図２)と同様である。なお、基板１８８は、実施の形態２の基板１５２と同様のものを用いることができる。
【００４２】
図９に示すように、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃの各々は、基板１８８の主面上であって、対応する上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃの近傍に配されている。ここで、「対応する上下アームの近傍」とは、「対応する上下アーム以外のいずれの上下アームよりも当該対応する上下アームに近接させている」ことを意味する。
【００４３】
例えば、コンデンサ１６２ａの場合は、対応する上下アーム１４ａ以外のいずれの上下アーム１６ｂ，１８ｃ，２０ａ，２２ｂ，２４ｃ，２６ａ，２８ｂ，３０ｃよりも当該対応する上下アーム１４ａに近接させて当該コンデンサ１６２ａを配置している。
「対応する上下アームの近傍」状態を実現するため、本実施の形態では、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃの各々を、基板１８８の主面上、回転軸ＡＸを中心とする円周上に、周方向、対応する上下アームと同じ角度位置に配することとした。その結果、上述したように上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃは、フレーム６２の外周面に等間隔（等角度間隔）で配されている関係上、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃも基板１８８上に等間隔（等角度間隔）で配されていることとなる。
【００４４】
コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃをこのような配置とすることにより、対応する上下アームと接続する配線の長さを可能な限り短縮することが可能となる。なお、図９において、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃの各々と対応する上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃとを接続する配線の図示については省略した。
【００４５】
上記の例では、上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃをフレーム６２の外周面に、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃを基板１８８の主面上に設けることとしたが、上下アームとコンデンサの配置位置をこの逆にしても構わない。すなわち、上下アーム１４ａ，１６ｂ，…，２８ｂ，３０ｃを基板１８８の主面上に、コンデンサ１６２ａ，１６４ｂ，…，１７６ｂ、１７８ｃをフレーム６２の外周面に設けることとしても構わない。換言すると、例えば、上下アーム１４ａとこれに対応するコンデンサ１６２ａの配置を相互に入れ替えるのである。
＜実施の形態４＞
実施の形態１〜３は、本発明をインナーロータ型の同期電動機に適用した例であったが、実施の形態４は、アウターロータ型の同期電動機に適用した例である。また、実施の形態１〜３は、１０極９スロットの同期電動機であったが、実施の形態４は、１４極１２スロットの同期電動機である。
【００４６】
図１０、図１１に、実施の形態４に係る同期電動機駆動システム２００を示す。
図１０は、アウターロータ２０６のみを切断した正面図であり、図１１は、アウターロータ２０６の回転軸ＡＸ方向に、シャフト２０８が突出しているのとは反対側から視た側面図である。
図１０、図１１に示すように、同期電動機駆動システム２００は、同期電動機２０２と複数個（本例では、１２個）の上下アーム２３８ａ，２４０ａ，２４２ｂ，２４４ｂ，２４６ｃ，２４８ｃ，２５０ａ，２５２ａ，２５４ｂ，２５６ｂ，２５８ｃ，２５６ｃとを有する。
【００４７】
同期電動機２０２は、円筒磁石２０４を備えたカップ状のロータ２０６を有する。ロータ２０６には、シャフト２０８が固着されている。シャフト２０８は、ステータを収納する円筒形をしたフレーム２１０内で回転自在に支持されている。
フレーム２１０内には、その内周面の周方向に（即ち、回転軸ＡＸを中心とする円周方向に）配された複数個（本例では、１２個）の巻線２１０ａ，２１２ａ，２１４ｂ、２１６ｂ，２１８ｃ，２２０ｃ，２２２ａ，２２４ａ，２２６ｂ，２２８ｂ，２３０ｃ，２３２ｃが収納されている。なお、巻線の内、同じアルファベットを付した巻線４個ずつが同相である。
【００４８】
フレーム２１０の両端部には、回転軸ＡＸと直交する板状部材である基板２３４と基板２３６が設けられている。
上記１２個の上下アームの内、上下アーム２３８ａ，２４２ｂ，２４６ｃ，２５０ａ，２５４ｂ，２５８ｃは基板２３４に設けられ、上下アーム２４０ａ，２４４ｂ，２４８ｃ，２５２ａ，２５６ｂ，２５６ｃは基板２３６に設けられている。このように、上下アームを基板２３４と基板２３６とに振り分けて設けたのは、アウターロータ型の同期電動機においては、ステータがロータの内側になる関係上、同じサイズのインナーロータ型の同期電動機と比べて、基板２３４，２３６の面積が狭くなるため、全部の上下アームを一方の基板のみに配するのがスペース上困難になることが多いからである。
【００４９】
また、スペース的に余裕がある場合であっても、上下アームを基板２３４と基板２３６とに振り分けて設けることにより、一方にのみ設けた場合と比較して、上下アームから発せられる放熱性を改善することができる。
上記の構成においても、各巻線２１０ａ，２１２ａ，２１４ｂ、２１６ｂ，２１８ｃ，２２０ｃ，２２２ａ，２２４ａ，２２６ｂ，２２８ｂ，２３０ｃ，２３２ｃに交流電力を供給する上下アーム２３８ａ，２４０ａ，２４２ｂ，２４４ｂ，２４６ｃ，２４８ｃ，２５０ａ，２５２ａ，２５４ｂ，２５６ｂ，２５８ｃ，２５６ｃは、それぞれ対応する巻線の直近に配置している。
【００５０】
例えば、上下アーム２３８ａの場合は、対応する巻線２１０ａ以外のいずれの巻線２１２ａ，２１４ｂ、２１６ｂ，２１８ｃ，２２０ｃ，２２２ａ，２２４ａ，２２６ｂ，２２８ｂ，２３０ｃ，２３２ｃよりも当該対応する巻線２１０ａに近接させて当該上下アーム２３８ａを配置している。
さらに、具体的に言うと、実施の形態４では、各上下アーム２３８ａ，２４０ａ，…，２５８ｃ，２５６ｃを、それぞれ対応する基板２３４，２３６の主面上であって、図１１に示すように、同期電動機２０２を側方から（回転軸ＡＸ方向から）視たときに、対応する巻線２１０ａ，２１２ａ，…，２３０ｃ，２３２ｃと少なくとも一部が重なる位置に配することとしている。
【００５１】
なお、各上下アーム２３８ａ，２４０ａ，…，２５８ｃ，２５６ｃと、対応する巻線２１０ａ，２１２ａ，…，２３０ｃ，２３２ｃとは、基板２３４，２３６に設けられた孔（不図示）に挿通された電力線（不図示）で接続されている。
また、各巻線２１０ａ，２１２ａ，…，２３０ｃ，２３２ｃの対応するティースへの巻き始め端であって、電力線と接続される側の巻き始め端は、対応する上下アームの存する側に揃えている。これは、各電力線を可能な限り短縮すると共に、電力線各々の線長も可能な限り等しくするためである。
＜実施の形態５＞
上記実施の形態１のステータ７４のコア１００（図３）は、ティース８０ａ，８２ａ，…，９４ｃ、９６ｃが一体的に連結されてなる一体型のコアであったが、実施の形態５では、ティース毎に分割されてなる分割ステータコアを採用している。
（実施の形態５−１）
図１２（ａ）に実施の形態５−１における分割ステータコア３２０を示す。分割ステータコア３２０のティース３０４には、巻き線３０６が巻回されている。実施の形態５−１では、巻線３０６が巻回された分割ステータコア３２０が、図３に示す実施の形態１の同期電動機２０２と同様に、回転軸ＡＸを中心とする円周上を周方向に９個配されて、ステータが構成されている。
【００５２】
また、実施の形態５では、実施の形態１の場合よりも電力線３０８をさらに短縮するため、巻線３０６に対応する（すなわち、巻線３０６に交流電力を供給する）上下アーム３１０を分割ステータコア３２０に直付けすることとした。なお、上下アーム３１０は、実施の形態１の上下アームと同様なものを用いることができ、上下アーム３１０は分割ステータコア３２０に耐熱性接着剤等（不図示）によって固着されている。
【００５３】
なお、分割ステータコア３２０の一点鎖線で示す位置に紙面直交する方向に貫通孔を開設し、実施の形態１と同様の冷却路１３２としても構わない。この場合に、隣接する分割ステータコア３２０の冷却路１３２同士は、例えば、冷却路１３２の横断面の形状に適合させたチューブ等（不図示）で順次連結し、当該チューブで実施の形態１の連通路に相当するものを構成することができる。
（実施の形態５−２）
実施の形態５−２では、分割ステータコア３２２に凹部３２２ｕを形成し、凹部３２２ｕに上下アーム３１０を埋め込むこととした。
【００５４】
なお、上下アーム３１０を埋め込む構成とした以外は、実施の形態５−１と同様であるので、同じ構成部分については、同じ符号を付して、その説明については省略する。
（実施の形態５−３）
実施の形態５−３では、実施の形態５−２の構成、すなわち、上下アーム３１０が埋め込まれ、巻線３０６が巻回された分割ステータコア３２２を、上下アーム３１０、巻線３０６ごとモールド部材３３２で被覆することとした。モールド部材３３２には、電気絶縁性や伝熱性に優れた材料、例えば、シリコンゴム等を用いることができる。
【００５５】
なお、分割ステータコア３２２は、モールド材３３２で完全に被覆するのではなく、隣接する分割ステータコア（不図示）と当接させるコア部分３２２ａ、３２２ｂは露出させている。また、言うまでもなく、直流電源からの電力線を接続するため、上下アーム３１０に設けられている端子部（不図示）や、図外の制御ユニットからのゲート制御信号を送信するための信号線を接続するための端子部（不図示）もモールド材３３２から露出させている。
【００５６】
実施の形態５に係る同期電動機駆動システムによれば、上下アームが取着され巻線が巻回された分割ステータコア毎に、所定の検査を実施することができる。このため、ステータとして完成した状態でないと検査ができない一体型コアを用いた場合と比較して、製品としての歩留まりが向上し、生産性が改善されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、電磁波ノイズの少ないことが特に要求される、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の動力原として用いる同期電動機駆動システムに好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１に係る同期電動機駆動システムの回路構成図である。
【図２】実施の形態１に係る同期電動機駆動システムの外観を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る同期電動機駆動システムを構成する同期電動機の側板を除いた状態でシャフトの軸芯方向から当該同期電動機内部を視た概略構成図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）の各々は、上記同期電動機において、フレームを介して対抗して配置されている２枚の側板の対向面をそれぞれ表した図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すのは、同期電動機において、それぞれ、図４（ｂ）におけるＥ・Ｅ線、Ｄ・Ｄ線、Ｆ・Ｆ線、Ｇ・Ｇ線に相当する位置で切断した部分断面図である。
【図６】実施の形態２に係る同期電動機駆動システムの外観を示す斜視図である。
【図７】実施の形態２に係る同期電動機駆動システムを同期電動機のシャフトの軸心方向から視た側面図である。
【図８】実施の形態３に係る同期電動機駆動システムの回路構成図である。
【図９】実施の形態３に係る同期電動機駆動システムの外観を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態４に係る同期電動機駆動システムにおいて、アウターロータのみを切断した正面図である。
【図１１】実施の形態４に係る同期電動機駆動システムを、シャフトの軸芯方向にシャフトとは反対側から視た側面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、実施の形態５-１〜３に係る同期電動機駆動システムの同期電動機の構成部材である、巻線が巻回された分割ステータコアに上下アームが取着されたものを示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
２，１５０，１６０，２００    同期電動機駆動システム
６，２０２    同期電動機
８，１０，１２    インバータ
１４ａ，１６ｂ，１８ｃ，２０ａ，２２ｂ，２４ｃ，２６ａ，２８ｂ，３０ｃ、２３８ａ，２４０ａ，２４２ｂ，２４４ｂ，２４６ｃ，２４８ｃ，２５０ａ，２５２ａ，２５４ｂ，２５６ｂ，２５８ｃ，２５６ｃ、３１０    上下アーム
３２，３４    スイッチング素子
４４ａ，５０ａ，５６ａ、４６ｂ、５２ｂ，５８ｂ，４８ｃ，５４ｃ，６０ｃ    巻線
７２，２０６    ロータ
７４    ステータ
１０２ａ，１０４ａ,１０６ａ、１０８ｂ、１１０ｂ，１１２ｂ，１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃ、３０８    電力線
【図１】
2009291040.tif 000003
【図２】
2009291040.tif 000004
【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】
2009291040.tif 000009
【図８】
2009291040.tif 000010
【図９】
2009291040.tif 000011
【図１０】
2009291040.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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