CN111903036B

CN111903036B - 旋转电机

Info

Publication number: CN111903036B
Application number: CN201980021734.9A
Authority: CN
Inventors: 北川祐太朗; 白木康博
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: JP6612000B1; US11233441B2; JPWO2019198289A1; CN111903036A; US20210044179A1; WO2019198289A1; DE112019001844T5

Abstract

马达具备：定子，层积多个芯片材而构成；多个定子绕组，分别缠绕在定子的多个齿部上；转子，旋转自如地配设在定子的内周侧；以及噪声旁通线，一端连接于构成定子的最外层的芯片材中的芯背部，且另一端在驱动马达的电力转换电路的GND接地。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机，特别涉及由包括逆变器等的电力转换电路进行驱动的旋转电机。

背景技术

对于由包括逆变器等的电力转换电路驱动的旋转电机，由于构成电力转换电路的元件的开关动作，导致产生高频传导噪声。若该高频传导噪声向旋转电机的框体泄漏并向周边设备传递，则有可能会给周边设备的动作带来不良影响。因而，对于由电力转换电路驱动的旋转电机，需要降低高频传导噪声向框体的泄漏。

在以往的旋转电机中，已知有通过另外设置安装在定子的齿部上的屏蔽部并将该屏蔽部接地来降低向周边设备传递的高频传导噪声的技术(例如参照专利文献1、2)。

专利文献1公开了以下旋转电机：在定子的突极与线圈之间夹设由绝缘物、导电物、绝缘物构成的三层结构的屏蔽部，将该屏蔽部接地，降低高频传导噪声。

另外，专利文献2公开了以下旋转电机：在各齿部的各侧面上设置通过在第1绝缘层与第1绝缘层之间夹入导体板而形成的屏蔽部，以夹入该屏蔽部的方式在各齿部上缠绕线圈。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭62-185479号公报

专利文献2：日本特开2013-123278号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1、2所记载的发明中，需要在旋转电机的定子另外设置噪声应对用的屏蔽部。因而，缠绕定子绕组的区域被屏蔽部限定，存在能缠绕定子绕组的面积降低这样的问题。

本发明是为了解决上述那样的问题而做出的，其目的在于提供旋转电机，不用另外设置屏蔽部就能降低向框体泄漏的高频传导噪声。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述的课题，本发明所涉及的旋转电机是由电力转换电路进行驱动的旋转电机，其中，该旋转电机具备：定子，该定子通过层积多个芯片材而构成，且具有圆环状的芯背部以及从该芯背部的内周侧朝径向内侧延伸的多个齿部；以及噪声旁通线，该噪声旁通线的一端连接于构成上述定子的最外层的芯片材中的上述芯背部，且另一端在上述电力转换电路的GND接地。

发明的效果

在本发明所涉及的旋转电机中，由于具备噪声旁通线，该噪声旁通线的一端连接于构成定子的最外层的芯片材中的芯背部且另一端在电力转换电路的GND接地，故而不用另外设置屏蔽部就能降低向框体泄漏的高频传导噪声。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的旋转电机以及其周边的构成的图。

图2是示出实施方式1所涉及的马达的主要部分的概略图。

图3是实施方式1所涉及的定子的立体图。

图4是实施方式1所涉及的定子的剖面图。

图5是示出实施方式1所涉及的噪声路径的图。

图6是实施方式1所涉及的模拟结果的图。

图7是示出实施方式2所涉及的旋转电机以及其周边的构成的图。

图8是示出实施方式2所涉及的马达的主要部分的概略图。

图9是示出其他的实施方式所涉及的定子的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本申请所公开的旋转电机的实施方式。

但是，以下所示的实施方式为一例，并不由这些实施方式限定本发明。

实施方式1.

图1是示出用于实施本发明的实施方式1所涉及的旋转电机以及其周边的构成的图。在图1中，在金属制的框体100中，收容有噪声滤波器电路20、电力转换电路30和旋转电机即马达50。另外，在框体100的连接器110上连接有直流电源10。

直流电源10是对马达50供给驱动电力的电池。直流电源10例如可由锂离子电池、镍氢充电电池、铅蓄电池等构成。

噪声滤波器电路20抑制从直流电源10供给的直流电力中所含的高频传导噪声。直流电源10和噪声滤波器电路20由直流电力线70a、70b连接。直流电力线70a连接于直流电源10的正极侧。直流电力线70b连接于直流电源10的负极侧。另外，噪声滤波器电路20的GND(接地端)经由接地线21而连接于框体100。

噪声滤波器电路20包括电感器以及电容。另外，噪声滤波器电路20既可以安装在与接下来说明的电力转换电路30相互独立的基板上，也可以安装在与电力转换电路30相同的基板上。

噪声滤波器电路20的电感器与直流电力线70a串联连接。电感器由于相对于高频传导噪声作为高阻抗发挥作用，所以具有抑制来自直流电源10的高频传导噪声的效果。作为电感器，例如可使用在铁素体等磁性体上安装有绕组的线圈。

噪声滤波器电路20的电容与直流电力线70a及直流电力线70b并联连接。电容由于相对于高频传导噪声作为低阻抗发挥作用，所以具有将来自直流电源10的高频传导噪声向GND侧旁通的效果。作为电容，例如可使用陶瓷电容等。

电力转换电路30将从直流电源10经由噪声滤波器电路20供给来的直流电力转换为交流电力。电力转换电路30包括转换器电路32、平滑电容34和逆变器电路36。

转换器电路32将经过噪声滤波器电路20的直流电压升压或者降压成预先确定的直流电压。噪声滤波器电路20与转换器电路32由直流电力线72a、72b连接。另外，转换器电路32的GND经由接地线33而与框体100连接。

转换器电路32包括开关元件、扼流圈、电容、二极管等。作为开关元件，例如可使用IGBT、MOSFET等。转换器电路32根据开关元件的接通及断开的时间比，将经过噪声滤波器电路20的直流电压升压或者降压成预先确定的直流电压。

逆变器电路36通过PWM控制将从转换器电路32输出的直流电力转换为三相交流电力。转换器电路32与逆变器电路36由直流电力线74a、74b连接。另外，逆变器电路36的GND经由接地线37而与框体100连接。

逆变器电路36包括开关元件、二极管等。作为开关元件，例如可使用IGBT、MOSFET等。

平滑电容34出于抑制重叠在由转换器电路32升压后的直流电力中的交流成分即脉动的目的，与直流电力线74a和直流电力线74b并联连接。作为平滑电容34，例如可使用电解电容。

马达50通过从逆变器电路36供给的三相交流电力产生旋转驱动力。逆变器电路36与马达50由交流电力线80a～80c连接。另外，马达50的GND经由接地线51而与框体100连接。

框体100收容噪声滤波器电路20、电力转换电路30、马达50、直流电力线70a、70b、72a、72b，74a、72b以及交流电力线80a～80c。框体100由钢、铝等导电性的金属制成。框体100作为防止来自外部的电磁波侵入且防止在框体100的内部产生的电磁波向外部泄漏的电磁干扰屏蔽件发挥功能。另外，框体100作为噪声滤波器电路20、电力转换电路30以及马达50通用的GND发挥功能。

接着，对作为实施方式1所涉及的旋转电机的马达50的详细构成进行说明。

图2是示出实施方式1所涉及的马达50的主要部分的概略图。马达50是一般的无刷马达，具备定子52、定子绕组56、转子57和壳体61。

图3是定子52的立体图。如该图所示那样，定子52通过在旋转轴的方向层积多个芯片材40而构成。各芯片材40通过由绝缘覆膜覆盖电磁钢等磁性体而制成。层积的芯片材40通过铆接、焊接、螺栓等而相互紧固。

定子52具有圆环状的芯背部53、从芯背部53的内周侧朝径向内侧延伸的齿部54、以及从齿部54的末端起在周向突出的凸缘部55。

在定子52的各齿部54上分别缠绕定子绕组56。图2、图3所示的构成是相对于1个齿部54缠绕1个定子绕组56的缠绕方式，这是一般被称为集中绕组的缠绕方式。但是，即便在一般被称为分布绕组的缠绕方式的场合，也可获得与在后叙述的本实施方式的效果相同的效果。

在定子绕组56中，流通着从之前说明的逆变器电路36经由交流电力线80a～80c而供给的三相交流电流。由流经定子绕组56的三相交流电流在各齿部54中感应产生的磁通经由芯背部53而形成1个磁气回路，产生旋转磁场。

返回图2，转子57旋转自如地配设在由定子52的内周侧的各凸缘部55包围的空间中。转子57包括驱动轴58、永磁铁59、保持驱动轴58及永磁铁59的结构体60。另外，在图2所示的转子57中，永磁铁59被埋入在转子57的内部，但永磁铁59也可以安装在转子57的表面。

在定子绕组56中流通着三相交流电流，若根据上述的原理产生旋转磁场，则因旋转磁场感应产生的电磁力，转子57内的永磁铁59受力，转子57旋转。通过转子57的旋转产生的驱动力可经过驱动轴58而向框体100的外部输出。

壳体61位于定子52的外周侧，固定定子52。定子52和壳体61通过压入或者热套而相互固定。

另外，在实施方式1所涉及的马达50的定子52上，分别连接噪声旁通线65的各一端。噪声旁通线65由金属导线构成。更具体来讲，噪声旁通线65例如可由被瓷漆覆膜覆盖的铜线构成。此外，作为噪声旁通线65的构成方法，也可以考虑平板形状的铜板即母排、将多个铜线捻合而成的配线即利兹线等。

如图4所示那样，在实施方式1中，第1噪声旁通线65a在一点连接于构成定子52的一方侧的最外层的芯片材40a中的芯背部53。另外，第2噪声旁通线65b在一点连接于构成定子52的另一方侧的最外层的芯片材40b中的芯背部53。作为将噪声旁通线65a、65b的各一端66a、66b连接于定子52的芯背部53的方法，既可以进行钎焊，也可以通过铆接紧固于芯背部53。

另外，如图1所示那样，噪声旁通线65的另一端连接于平滑电容34的GND侧的连接点67。

接着，对实施方式1所涉及的旋转电机的作用效果、更具体是从马达50的定子52向框体100泄漏的高频传导噪声的降低效果进行说明。

首先，关于EMC(Electromagnetic Compatibility)规格，以作为规定对象之一的传导噪声为例进行说明。

对于传导噪声规格试验，有利用电源阻抗稳定化网即LISN进行评价的试验方法。

LISN具有用于将从被试验设备观看的电源的阻抗保持恒定并测定电源线传导噪声的产生量即杂音端子电压的外部输出端子。通过在该外部输出端子连接测定设备例如接收器或者光谱分析器，可评价各频率的杂音端子电压。所谓适合EMC规格是指在LISN的外部输出端子测定到的杂音端子电压低于由EMC规格规定的界限值。为了向市场上市组装有马达的设备，需要适合这样的EMC规格。

图5是对在实施方式1中设置LISN的部位进行说明的图。如该图所示那样，在直流电源10的正极侧与框体100的连接器110之间的直流电力线70a上连接LISN90。另外，在直流电源10的负极侧与框体100的连接器110之间的直流电力线70b上连接LISN91。另外，LISN90、91在与框体100相同的GND接地。

在马达50驱动时，在流经马达50的定子绕组56的三相交流电流中，重叠了因转换器电路32以及逆变器电路36所包含的开关元件的开关动作而产生的高频传导噪声。该高频传导噪声经由定子绕组56与定子52之间的寄生电容Cs而从定子绕组56流向定子52。

在此，在不存在噪声旁通线65的场合，流入至定子52的高频传导噪声经由马达50的壳体61而全部向框体100泄漏。泄漏至框体100的高频传导噪声沿着在图中以虚线示出的噪声路径(A)流动，经由框体100的GND而向LISN90转回，作为杂音端子电压由噪声测定设备92检测。

这样，为了适合EMC规格而降低杂音端子电压，需要降低高频传导噪声向框体100的泄漏。

接着，对在实施方式1中因存在噪声旁通线65而获得的效果进行说明。如之前参照图4说明的那样，第1噪声旁通线65a的一端66a在一点连接于构成定子52的层积的芯片材40之中的、最外层的芯片材40a的芯背部53。另外，第2噪声旁通线65b的一端66b在一点连接于构成定子52的层积的芯片材40之中的、最外层的芯片材40b的芯背部53。

芯片材40a、40b是构成定子52的层积的芯片材40之中的、各个最外层的芯片材，故而是最接近定子绕组56的芯片材。另外，与其他的芯片材相比，芯片材40a、40b的相对于定子绕组56的相向面积最大。

由此，芯片材40a、40b与定子绕组56之间的寄生电容Ca具有比其他的芯片材与定子绕组56之间的寄生电容Cb大的值。

如周知那样，对于高频传导噪声，寄生电容大是指低阻抗。因而，与其他的芯片材相比，芯片材40a、40b容易流过更多的高频传导噪声。

因此，通过在芯片材40a、40b上分别在一点连接、即以充分低的阻抗连接于噪声旁通线65a、65b的各一端66a、66b，从而与定子绕组56重叠的高频传导噪声向噪声旁通线65a、65b旁通，沿着在图5中以实线示出的噪声路径(B)流动。

噪声旁通线65的另一端连接于平滑电容34的GND侧的连接点67。因而，向噪声旁通线65旁通的高频传导噪声回流至平滑电容34的GND侧。即，通过设置噪声旁通线65，在转换器电路32以及逆变器电路36中产生的高频传导噪声向平滑电容34的GND侧回流。由此，可降低经由定子52向框体100泄漏而由噪声测定设备92检测的高频传导噪声。

在图6中示出了用于验证上述效果的模拟结果。在该图中，由与直流电源10的正极侧连接的LISN90的外部输出端子检测到的杂音端子电压的频谱以0.01MHz至10MHz的范围表示。根据该图可知，在实施方式1中，相比以往例，在由LISN90观测的杂音端子电压的频谱为0.01MHz至10MHz的范围内降低了约20dB。这表示由LISN90的外部输出端子检测到的杂音端子电压的值降低成约1/10。即，实施方式1所涉及的旋转电机的构成不用在定子52另外设置噪声应对用的屏蔽部就能有效地降低向框体100泄漏的高频电动噪声。由此，能使噪声滤波器电路20所包含的电容、电感器等噪声应对零件小型化或加以削减。

另外，在作为以往例的专利文献1、2所记载的构成中，出于降低高频传导噪声的目的，在定子的齿部上安装有屏蔽部。但是，在这样的构成中，存在有齿部中能缠绕绕组的面积降低这样的问题。因而，为了获得与未安装屏蔽部的场合同等的马达输出，需要选择使绕组的线径变细以达成相同匝数的方式和确保绕组的线径而使齿部大型化的方式中的任意一者。

但是，在使绕组的线径变细的场合，因绕组电阻产生的铜损增大而电压下降，这会导致马达输出降低。另外，若确保线径地使齿部大型化，则会导致马达整体大型化。

对此，在实施方式1所涉及的构成中，由于在芯背部53连接噪声旁通线65，所以齿部的能缠绕绕组的面积没有降低。因而，可避免马达50的输出降低以及大型化。

如以上说明的那样，实施方式1所涉及的旋转电机具备噪声旁通线，该噪声旁通线的一端连接于构成定子的最外层的芯片材中的芯背部，且另一端在电力转换电路的GND接地。由此，不用另外设置屏蔽部就能降低向框体泄漏的高频传导噪声。

实施方式2.

图7是示出用于实施本发明的实施方式2所涉及的旋转电机以及其周边的构成的图。在实施方式2中，多个噪声旁通线265a～f被捆扎，构成噪声旁通线组262。

噪声旁通线组262的一端在多个点连接于马达250的定子52中的芯背部53。详细来讲，如图8所示那样，构成第1噪声旁通线组262的多个噪声旁通线265a～f的各一端266a～266f在多个点连接于构成定子52的一方侧的最外层的芯片材中的芯背部53。

另外，为简便起见，在图8中，仅示出了在多个点连接于一方侧的最外层的芯片材中的芯背部53的第1噪声旁通线组262，但实际上也同样存在着在多个点连接于另一方侧的最外层的芯片材中的芯背部5的第2噪声旁通线组。

另外，如图7所示那样，噪声旁通线组262的另一端与实施方式1同样地连接于平滑电容34的GND侧的连接点67。由此，能够将经由马达250的定子绕组与定子之间的寄生电容而流入最外层的芯片材的高频传导噪声向平滑电容34的GND侧的连接点67旁通。

尤其优选的是，通过使构成噪声旁通线组262的各噪声旁通线265a～f的长度相等，使各噪声旁通线265a～f的阻抗一致。通过噪声旁通线265a～f并联连接，可减小将各噪声旁通线265a～f的寄生电感合成而得的合成寄生电感。因此，能使更多的高频传导噪声回流至平滑电容34的GND侧的连接点67。

另外，如图7、图8所示那样，在噪声旁通线组262安装有屏蔽覆层263。通过在噪声旁通线组262安装屏蔽覆层263，能降低来自噪声旁通线组262的放射噪声。屏蔽覆层263例如可由金属的编织线构成。屏蔽覆层263的两端既可以在GND接地，也可以不接地。

在将屏蔽覆层263的两端在GND接地的场合，例如可考虑将屏蔽覆层263的一端连接于马达250，将另一端连接于逆变器电路36的散热器(未图示)。另外，在屏蔽覆层263的两端在GND接地的场合，优选的是，使用连接器用的夹具例如所谓SKINTOP(电缆夹套)以低阻抗接地。

另外，在难以使用夹具的场合，也可以通过将端部的捻合了编织线的结构钎焊或者螺纹紧固来加以替代。此时，为了降低寄生电感，优选的是，使捻合的部位的长度尽可能短，从屏蔽覆层263的端部至设置部位以最短路径接地。

另外，在实施方式1、2中，电力转换电路30包括转换器电路32以及逆变器电路36，但电力转换电路30也可以仅包括逆变器电路36。在该场合，接地点可以是逆变器电路36的GND例如逆变器电路36的散热器(未图示)。

在实施方式1、2中，在将噪声旁通线65、265a～f的一端连接于定子52的芯背部53时，由于连接在芯背部53之中使噪声旁通线65、265a～f最短那样的位置，所以能够将噪声旁通线65、265a～f的寄生电感最小化。由此，能够使更多的高频传导噪声流向噪声旁通线65、265a～f。

另外，若使噪声旁通线65、265a～f的另一端沿着交流电力线80引导至平滑电容34，则由高频传导噪声形成的磁通消除，可降低放射噪声。

另外，在实施方式1、2中，噪声旁通线65、265a～f的另一端的连接部位是平滑电容34的GND侧，但并不限定于此。例如，也可以连接于噪声滤波器电路20所包含的线-对地电容(Y电容)的GND侧。

另外，在实施方式1、2中，如图9所示那样，也可以将噪声旁通线65、265a～f仅连接于定子的最外层的芯片材中的任意一方。由此，可减少噪声旁通线65、265a～f的数量。

另外，在实施方式1、2中，也可以使最外层的芯片材比其他的芯片材厚。由此，噪声路径(B)的阻抗变小，能流过更多的高频传导噪声。

附图标记说明

30电力转换电路，40芯片材，50、250马达(旋转电机)，52定子，53芯背部，54齿部，56定子绕组，57转子，65、265a～f噪声旁通线，262噪声旁通线组。

Claims

1.一种旋转电机，由电力转换电路进行驱动，其中，该旋转电机具备：

定子，该定子通过层积多个芯片材而构成，且具有圆环状的芯背部以及从该芯背部的内周侧朝径向内侧延伸的多个齿部；以及

噪声旁通线，该噪声旁通线的一端连接于构成上述定子的最外层的芯片材中的上述芯背部，且另一端在上述电力转换电路的GND接地，

上述噪声旁通线是第1噪声旁通线、第2噪声旁通线，

上述第1噪声旁通线的一端在一点连接于构成上述定子的一方侧的最外层的芯片材中的上述芯背部，

上述第2噪声旁通线的一端在一点连接于构成上述定子的另一方侧的最外层的芯片材中的上述芯背部，由此，在上述电力转换电路中产生的高频传导噪声向上述电力转换电路的GND侧回流。

2.一种旋转电机，由电力转换电路进行驱动，其中，该旋转电机具备：

上述噪声旁通线是第1组、第2组的噪声旁通线，

上述第1组的噪声旁通线的一端在多个点连接于构成上述定子的一方侧的最外层的芯片材中的上述芯背部，

上述第2组的噪声旁通线的一端在多个点连接于构成上述定子的另一方侧的最外层的芯片材中的上述芯背部，由此，在上述电力转换电路中产生的高频传导噪声向上述电力转换电路的GND侧回流。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

构成上述定子的上述一方侧的最外层的芯片材以及上述另一方侧的最外层的芯片材比其他的芯片材厚。

4.一种旋转电机，由电力转换电路进行驱动，其中，该旋转电机具备：

上述噪声旁通线是第1噪声旁通线，

上述第1噪声旁通线的一端在一点连接于构成上述定子的一方侧的最外层的芯片材中的上述芯背部，由此，在上述电力转换电路中产生的高频传导噪声向上述电力转换电路的GND侧回流。

5.一种旋转电机，由电力转换电路进行驱动，其中，该旋转电机具备：

上述噪声旁通线是第1组的噪声旁通线，

上述第1组的噪声旁通线的一端在多个点连接于构成上述定子的一方侧的最外层的芯片材中的上述芯背部，由此，在上述电力转换电路中产生的高频传导噪声向上述电力转换电路的GND侧回流。

6.如权利要求4或5所述的旋转电机，其中，

构成上述定子的上述一方侧的最外层的芯片材比其他的芯片材厚。