JPH10322973A

JPH10322973A - 電力変換装置搭載形電動機

Info

Publication number: JPH10322973A
Application number: JP9124020A
Authority: JP
Inventors: Makoto Morita; 真森田; Sadao Morizaki; 禎夫森崎; Masaki Kai; 雅紀甲斐; Sukeyasu Mochizuki; 資康望月
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電力用の半導体素子の損失を低減すると共
に、電動機全体の構成を小形化する。【解決手段】本発明のインバータ装置搭載形電動機
は、インバータ装置の電力用回路を構成するパワーモジ
ュール４０に内蔵される半導体素子として高温動作形素
子を用いたものである。そして、通常温度動作形素子を
配設した部分を電動機フレーム２２内における冷却ファ
ン３２側の軸受ブラケット２３の近傍に収容すると共
に、高温動作形素子を配設した部分を電動機フレーム２
３内における固定子鉄心２６の近傍に収容するように構
成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばインバータ
装置を搭載した電力変換装置搭載形電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置を搭載した電動機の一例
を図９に示す。この図９に示すように、インバータ装置
１は、電動機の本体２内における冷却ファン３側の軸受
ブラケット４に近接するように配設されている。上記イ
ンバータ装置１は、プリント配線基板５の左側面に電力
用回路を構成するパワーモジュール６を実装すると共
に、プリント配線基板５の右側面に上記電力用回路以外
の回路（制御回路や駆動回路や直流電源回路等）を構成
する複数の電子部品７を実装して構成されている。そし
て、上記パワーモジュール６は、冷却ファン３側の軸受
ブラケット４の内面に接触するように取り付けられてい
る。

【０００３】また、電動機の本体２の電動機フレーム８
は、インバータ装置１を収容するスペースを確保するた
めに、その軸方向（図９中左右方向）の長さ寸法が長く
なっている。この電動機フレーム８の内部に、固定子９
が配設されている。そして、電動機フレーム８の両端部
に取り付けられた軸受ブラケット４、１０に嵌合固定さ
れた軸受１１、１２により、ロータ１３の回転軸１４が
回転可能に支承されている。これにより、ロータ１３が
上記固定子９の内部に回転可能に設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成におい
て、パワーモジュール６を冷却ファン３側の軸受ブラケ
ット４の内面に接触するように取り付けている理由は、
パワーモジュール６が熱をたくさん発生することから、
この熱を速やかに放熱させるためである。そして、電動
機の本体２の内部には、パワーモジュール６の放熱性を
良くするために、ある程度大きな放熱空間を確保する必
要がある。このため、電動機フレーム８の長さ寸法が長
くなり、本体２が大形化するという欠点があった。

【０００５】ところで、電力用の半導体素子は動作温度
が高いほど損失が低くなるという特性があり、この特性
について図１０及び図１１を参照して具体的に述べる。
図１０は、電力用の半導体スイッチング素子のコレクタ
電流ＩC −コレクタエミッタ間電圧ＶCE特性を示す図で
ある。この場合、ゲートエミッタ間電圧ＶGEは１５Ｖに
設定されている。また、図１１は、電力用のダイオード
の電流ＩF −電圧ＶF特性を示す図である。そして、半
導体スイッチング素子の損失Ｗｓｗ及び電力用のダイオ
ードの損失Ｗｄｉは、それぞれ次の式で定義される。

【０００６】Ｗｓｗ＝ＩC ×ＶCE Ｗｄｉ＝ＩF ×ＶF 上記各式から、同じ電流値で使用する場合、ＶCEやＶF
が小さい方が損失Ｗｓｗ、Ｗｄｉが小さくなることがわ
かる。ここで、図１０及び図１１をみると、動作温度が
高くなるほどＶCEやＶF が小さいことから、動作温度が
高いほど損失Ｗｓｗ、Ｗｄｉが小さくなることがわか
る。

【０００７】しかし、半導体素子の最大ジャンクション
温度は、通常、１５０℃程度であるから、半導体素子の
パッケージを配設する部分の温度を１００℃程度に押さ
える必要がある。このため、従来構成においては、上述
したように、半導体素子、即ち、パワーモジュール６の
放熱性を良くするための冷却（放熱）構成が必要である
ことから、電動機の本体２が大形化するという欠点があ
った。しかも、パワーモジュール６の動作温度を低くし
ているので、パワーモジュール６の損失が大きい（変換
効率が低い）という不具合もあった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、電力用の半導体
素子の損失を低減し得ると共に、電動機全体の構成を小
形化することができる電力変換装置搭載形電動機を提供
するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電力変換装置搭
載形電動機は、インバータ装置や位相制御装置等からな
る電力変換装置を搭載したものにおいて、前記電力変換
装置の電力用回路を構成する半導体素子として高温動作
形素子を用いたところに特徴を有する。

【００１０】上記構成によれば、電力変換装置の電力用
回路を構成する半導体素子として高温動作形素子を用い
たので、半導体素子の動作温度を高く設定することがで
き、その損失を低減することができる。そして、高温動
作形素子は、その配設部分の環境温度を高くすることが
好ましいので、冷却（放熱）構成を小さくすることが可
能となる。このため、電動機全体の構成を小形化するこ
とができる。

【００１１】また、上記構成の場合、前記電力変換装置
のうちの電力用回路以外の回路を構成する半導体素子と
して通常温度動作形素子を用いると共に、前記高温動作
形素子を配設した部分と前記通常温度動作形素子を配設
した部分とを分離し、且つ、両者の間に熱絶縁部材を設
けることが好ましい。

【００１２】更に、回転軸の一端部に設けられた冷却フ
ァンを備え、前記通常温度動作形素子を配設した部分を
電動機フレーム内における前記冷却ファン側の軸受ブラ
ケットの近傍に収容し、そして、前記高温動作形素子を
配設した部分を前記電動機フレーム内における固定子鉄
心の近傍に収容することが一層好ましい構成である。更
にまた、前記通常温度動作形素子を配設した部分の全部
または一部分を、前記電動機フレームの外側に設けるこ
とも良い構成である。

【００１３】一方、前記電力変換装置をインバータ装置
により構成した場合、前記インバータ装置のうちのコン
バータ回路部の全部または一部分を、電動機フレームの
外側に設けることが好ましい。また、前記高温動作形素
子を、電動機フレームと固定子鉄心との間に設けられた
スペースに配置することが良い構成である。更に、前記
高温動作形素子を固定子鉄心の内部に設けることも好ま
しい。

【００１４】また、前記高温動作形素子を固定子鉄心の
スロットの内部に設けることがより一層好ましい構成で
ある。更に、前記高温動作形素子のうちの固定子巻線の
各相の巻線に対応する素子を、固定子鉄心の内部におけ
る対応する相の巻線に近接する部位に設けることも良
い。更にまた、前記高温動作形素子と固定子巻線とを、
配線基板を介して接続することも一層良い構成である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をインバータ装置搭
載形電動機に適用した第１の実施例について図１及び図
２を参照しながら説明する。この図１は、インバータ装
置搭載形電動機の縦断面構造を概略的に示す図である。
この図１に示すように、電動機の本体２１は、ほぼ円筒
状をなす電動機フレーム２２と、この電動機フレーム２
２の両端部に取り付け固定された軸受ブラケット２３、
２４とから構成されている。上記電動機フレーム２２の
内周部には、固定子２５が配設されている。この固定子
２５は、固定子鉄心２６と、この固定子鉄心２６に巻装
された巻線２７とから構成されている。

【００１６】また、上記軸受ブラケット２３、２４の各
中心部には、軸受２８、２９が嵌合固定されており、こ
れら軸受２８、２９によりロータ３０の回転軸３１が回
転可能に支承されている。これにより、ロータ３０が固
定子２５の内部に回転可能に設けられている。尚、本実
施例の電動機が例えば永久磁石電動機であれば、上記ロ
ータ３０には、ロータマグネットが設けられている。ま
た、本実施例の電動機が例えば誘導電動機であれば、上
記ロータ３０には、かご形導体が設けられている。更
に、上記回転軸３１の図１中左端部には、冷却ファン３
２が取り付けられている。この冷却ファン３２は、カバ
ー３３により覆われている。

【００１７】さて、電動機フレーム２２の内部における
冷却ファン３２側の軸受ブラケット２４に近い側の空間
部には、電力変換装置として例えばインバータ装置３４
が配設されている。具体的には、上記空間部内は、熱絶
縁部材である例えば熱絶縁板３５により２個の室３６、
３７に仕切られている。これら２個の室３６、３７のう
ちの左側の室３６内は、温度が比較的低い部分である。
というのは、冷却ファン３２により生成された冷却風が
左側の軸受ブラケット２４に十分当たるためである。こ
れにより、電動機の本体２１内においては、上記左側の
室３６内が最も温度が低い部分となっている。そして、
左側の室３６内には、上記インバータ装置３４のプリン
ト配線基板３８が収容固定されている。

【００１８】このプリント配線基板３８の右側面には、
インバータ装置３４の電力用回路以外の回路（制御回路
や駆動回路や直流電源回路等）を構成する複数の電子部
品３９が実装されている。これら電子部品３９は、比較
的発熱量が少ない部品であり、その中には直流電源回路
用の平滑コンデンサ（例えば電解コンデンサ）が含まれ
ている。また、電子部品３９のうちの半導体素子は、通
常温度動作形素子から構成されている。

【００１９】一方、上記２個の室３６、３７のうちの右
側の室３７内には、インバータ装置３４の電力用回路を
構成するパワーモジュール４０が収容されている。この
場合、パワーモジュール４０は、固定子鉄心２６の左端
面部に取り付け固定されている。そして、パワーモジュ
ール４０の左方への突出寸法は、巻線２７のコイルエン
ド２７ａの突出寸法とほぼ同じになるように構成されて
いる。

【００２０】上記パワーモジュール４０内には、トラン
ジスタ等からなる複数の半導体素子が設けられている。
これら半導体素子は、例えばＳｉＣなどの材料により構
成された素子であり、最大ジャンクション温度が４００
℃程度になるように構成された、即ち、１５０℃以上の
高温で動作可能なように構成された高温動作形素子であ
る。

【００２１】そして、上記右側の室３７内の温度は、巻
線２７やパワーモジュール４０等の発熱により１５０℃
以上の高温になるが、パワーモジュール４０の半導体素
子が高温動作形素子により構成されているので、パワー
モジュール４０は良好に動作する構成となっている。し
かも、パワーモジュール４０の半導体素子は、高温で動
作することから、損失が少なくなる。

【００２２】尚、上記パワーモジュール４０とプリント
配線基板３８は、リード線４１により接続されている。
また、巻線２７とプリント配線基板３８は、リード線４
２により接続されている。上記リード線４１、４２は、
熱絶縁板３５を貫通するように配設されている。更に、
インバータ装置３４には、入力電源（交流電源）が電動
機フレーム２２の外周部に設けられた端子箱（図示しな
い）から電源線４３を介して供給されるように構成され
ている。

【００２３】また、図２は上述したインバータ装置３４
の電気的構成を示す図である。この図２に示すように、
インバータ装置３４は、直流電源回路１０１とインバー
タ主回路１０２と制御回路部１０３とから構成されてい
る。上記直流電源回路１０１は、例えば６個のダイオー
ド１０４を３相ブリッジ接続してなる整流回路１０５
と、この整流回路１０５の出力端子間に接続された平滑
コンデンサ１０６とから構成されている。整流回路１０
５の入力端子は、３相交流電源１０７に接続されてい
る。また、整流回路１０５の正側の出力端子と平滑コン
デンサ１０６との間には、突入電流抑制回路１０８が設
けられている。

【００２４】一方、上記インバータ主回路１０２は、ト
ランジスタ等からなる６個のスイッチング素子１０９を
３相ブリッジ接続して構成されており、各スイッチング
素子１０９にはフリーホイールダイオード１１０が逆並
列接続されている。上記インバータ主回路１０２の入力
端子は平滑コンデンサ１０６の両端子に接続され、イン
バータ主回路１０２の出力端子は、電動機の本体２１内
の巻線２７に接続されている。尚、平滑コンデンサ１０
６の負側の端子とインバータ主回路１０２の負側の入力
端子との間には、電流検出器１１１が設けられている。

【００２５】更に、制御回路部１０３は、制御電源回路
１１２と制御回路１１３と駆動回路１１４とから構成さ
れている。上記制御電源回路１１２は、上記直流電源回
路１０１からの直流電源を入力して制御回路用の電源を
生成し、これを制御回路１１３及び駆動回路１１４へ与
える。制御回路１１３は、インバータ主回路１０２の各
スイッチング素子１０９をオンオフ制御するための制御
信号を生成し、これら制御信号を駆動回路１１４を介し
て各スイッチング素子１０９の制御端子に与えることに
より、各スイッチング素子１０９をオンオフ制御するも
のである。

【００２６】ここで、前述したパワーモジュール４０の
内部には、上記インバータ主回路１０２及び上記整流回
路１０５が配設されている。即ち、パワーモジュール４
０内の半導体素子は、インバータ主回路１０２及び整流
回路１０５を構成するスイッチング素子１０９、フリー
ホイールダイオード１１０、整流ダイオード１０４であ
り、これら半導体素子が高温動作形素子により構成され
ているのである。また、前述したプリント配線基板３８
には、上記平滑コンデンサ１０６、突入電流抑制回路１
０８、制御回路部１０３、電流検出器１１が配設されて
いる。

【００２７】このような構成の本実施例によれば、イン
バータ装置３４の電力用回路を構成するパワーモジュー
ル４０の半導体素子として高温動作形素子を用いたの
で、パワーモジュール４０の動作温度（設置環境温度）
を高く設定することができ、その損失を低減する（変換
効率を高くする）ことができる。そして、上記実施例で
は、パワーモジュール４０の動作温度を高くするに当た
って、パワーモジュール４０を固定子鉄心２６の端面部
に配設するように構成した。これにより、パワーモジュ
ール４０の配設部分の環境温度を高くすることができ
る。

【００２８】また、上記実施例の場合、インバータ装置
３４のうちの電力用回路以外の回路を構成する電子部品
３９のうちの半導体素子として、通常温度動作形素子を
用いた。そして、パワーモジュール４０（高温動作形素
子）を配設した部分と上記通常温度動作形素子（電子部
品３９）を配設した部分とを分離し、且つ、両者の間に
熱絶縁板３５を設ける構成とした。これにより、電子部
品３９は、電動機の本体２１内における冷却ファン３２
側の軸受ブラケット２４の近傍（即ち、室３６内）に収
容される構成となる。この結果、電子部品３９を配設し
た部分は、冷却ファン３２によって十分冷却されるか
ら、比較的温度が低い部分となり、電子部品３９が良好
に動作する。特に、電子部品３９のうちの熱に弱い電解
コンデンサ（具体的には、平滑コンデンサ１０６）が良
好に動作すると共に、その寿命が長くなる。

【００２９】更に、上記実施例では、インバータ装置３
４のうちのパワーモジュール４０を固定子鉄心２６の端
面部に配設すると共に、該パワーモジュール４０の左方
への突出寸法を巻線２７のコイルエンド２７ａの突出寸
法とほぼ同じに構成したので、パワーモジュールを配設
するための配設空間を別途用意する必要がなくなる。こ
れにより、電動機フレーム２２ひいては本体２１の軸方
向の長さ寸法を、従来構成（図９参照）に比べて短くす
ることができ、電動機の本体２１を小形化することがで
きる。尚、このように小形化可能な理由は、パワーモジ
ュールを冷却するための放熱用の空間や構成を大幅に小
形化可能なためである。

【００３０】図３は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第
１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。こ
の第２の実施例では、インバータ装置３４のうちのパワ
ーモジュール４４以外の部品、具体的には、プリント配
線基板３８及び電子部品３９を、電動機フレーム２２の
外周部に配設された端子箱４５の内部に収容している。
この端子箱４５と電動機フレーム２２の外周部との間に
は、図示しない熱絶縁板が設けられている。

【００３１】この構成の場合、電子部品３９（即ち、通
常温度動作形素子）を配設した部分の全てが、電動機フ
レーム２２の外側に設けられる構成となっている。ま
た、インバータ装置３４のうちのコンバータ回路部、即
ち、直流電源回路１０１の全てが、電動機フレーム２２
の外側に設けられる構成となっている。

【００３２】一方、パワーモジュール４４は、全体とし
てほぼ円板状をなしており、内部に高温動作形素子から
構成された半導体素子を有している。このパワーモジュ
ール４４は、電動機の本体２１内における冷却ファン３
２側の軸受ブラケット２４に近接する部分に配設されて
いる。具体的には、パワーモジュール４４は、軸受ブラ
ケット２４の内面に接触するように固定されている。そ
して、回転軸３１は、パワーモジュール４４の中心部に
形成された貫通孔内を回転可能に挿通するように構成さ
れている。

【００３３】尚、上記第２の実施例の場合、電動機の本
体２１内の温度は、第１の実施例よりも高い温度となる
ように構成（設計）されている。具体的には、上記パワ
ーモジュール４４の周辺温度（動作温度）が、約１５０
℃以上となるように構成されている。

【００３４】また、上述した以外の第２の実施例の構成
は、第１の実施例と同じ構成となっている。従って、第
２の実施例においても、第１の実施例と同じ作用効果を
得ることができる。特に、第２の実施例によれば、熱に
弱い電解コンデンサ等の電子部品３９を端子箱４５内に
収容する構成としたので、信頼性を向上させることがで
きる。また、端子箱４５と電動機フレーム２２との間に
熱絶縁板を配設するだけで熱絶縁を達成できるから、熱
絶縁構成を簡単な構成にて容易に実現することができ
る。

【００３５】更に、上記第２の実施例では、電動機の本
体２１内に配設するインバータ装置３４の部品の個数が
少なくなるから、その配設空間を小さくすることがで
き、ひいては電動機の本体２１をよち一層小形化するこ
とができる。特に、第２の実施例では、電動機フレーム
２２の軸方向の長さ寸法をより一層短くすることができ
る。この結果、電動機の製造コストを低減することも可
能である。

【００３６】更にまた、第２の実施例では、インバータ
装置３４のうちのコンバータ回路部（即ち、直流電源回
路１０１）の全部を、電動機フレーム２２の外側である
端子箱４５内に設けたので、端子箱４５から電動機フレ
ーム２２内へ通す配線の本数を２本にすることができ
る。これにより、第２の実施例では、３本の配線を電動
機フレーム内へ通す必要がある構成（例えば第１の実施
例）に比べて、配線構成を簡単化することができる。

【００３７】尚、上記第２の実施例では、インバータ装
置３４のコンバータ回路部の全部を電動機フレーム２２
の外側である端子箱４５内に設けたが、これに代えて、
コンバータ回路部の一部（例えば電解コンデンサだけ）
を電動機フレームの外側の端子箱に設けるように構成し
ても良い。また、第２の実施例では、インバータ装置３
４のうちの通常温度動作形素子からなる電子部品３９を
配設した部分の全部を、電動機フレーム２２の外側に設
ける構成としたが、これに限られるものではなく、通常
温度動作形素子からなる電子部品３９を配設した部分の
一部を、電動機フレーム２２の外側に設けるように構成
しても良い。

【００３８】図４は本発明の第３の実施例を示すもので
あり、第２の実施例と異なるところを説明する。尚、第
２の実施例と同一部分には、同一符号を付している。こ
の第３の実施例では、電動機フレーム２２内における巻
線２７のコイルエンド２７ａとパワーモジュール４４と
の間の部位に、例えば円板状のプリント配線基板４７を
配設している。このプリント配線基板４７と巻線２７と
がリード線４８により接続されている。また、プリント
配線基板４７とパワーモジュール４４とがリード線４９
により接続されている。更に、プリント配線基板４７と
端子箱４５内のプリント配線基板３８とがリード線５０
により接続されている。

【００３９】上記プリント配線基板４７は、巻線２７と
パワーモジュール４４とを接続するための配線基板であ
ると共に、パワーモジュール４４と端子箱４５内のプリ
ント配線基板３８とを接続するための配線基板である。
尚、上述した以外の第３の実施例の構成は、第２の実施
例の構成と同じ構成となっている。

【００４０】従って、第３の実施例においても、第２の
実施例と同じ作用効果を得ることができる。特に、第３
の実施例によれば、プリント配線基板４７を介して巻線
２７とパワーモジュール４４とを配線するように構成し
たので、配線構成が簡単になると共に、配線の信頼性が
高くなる。

【００４１】図５及び図６は本発明の第４の実施例を示
すものであり、第１の実施例と異なるところを説明す
る。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付し
ている。この第４の実施例では、パワーモジュール４０
に代えて、このパワーモジュール４０を３個に分割した
３個のパワーモジュール５１ａ〜５１ｃを用いている。
これら３個のパワーモジュール５１ａ〜５１ｃは、巻線
２７がＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相巻線である場合、
各相の巻線２７ｕ、２７ｖ、２７ｗ（図６参照）を通電
するためのパワーモジュールである。即ち、パワーモジ
ュール５１ａは、Ｕ相巻線２７ｕを通電するためのもの
であり、パワーモジュール５１ｂは、Ｖ相巻線２７ｖを
通電するためのものであり、パワーモジュール５１ｃ
は、Ｗ相巻線２７ｗを通電するためのものである。

【００４２】そして、３個のパワーモジュール５１ａ〜
５１ｃは、電動機フレーム２２と固定子鉄心２６との間
に設けられたスペースに配置されている。具体的には、
固定子鉄心２６の外周部に収容凹部２６ａ、２６ｂ、２
６ｃを設け、これら収容凹部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ内
にパワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃをそれぞれ
収容固定している。

【００４３】この構成の場合、図６に示すように、Ｕ相
巻線２７ｕ用のパワーモジュール５１ａは、Ｕ相巻線２
７ｕに近接する位置に配置されるように構成されてい
る。また、Ｖ相巻線２７ｖ用のパワーモジュール５１ｂ
は、Ｖ相巻線２７ｖに近接する位置に配置されるように
構成されている。更に、Ｗ相巻線２７ｗ用のパワーモジ
ュール５１ｃは、Ｗ相巻線２７ｗに近接する位置に配置
されるように構成されている。

【００４４】尚、本実施例の電動機は、例えば２極の永
久磁石電動機である。そして、３相巻線２７ｕ、２７
ｖ、２７ｗは、機械角度的に１２０度ずつの位相差をも
って固定子鉄心２６の各スロット２６ｄ内に挿入されて
いる。また、インバータ装置３４のプリント配線基板３
８は、熱絶縁板３５の左側面に近接するように配設され
ている。

【００４５】一方、上述した以外の第４の実施例の構成
は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従っ
て、第４の実施例においても、第１の実施例と同じ作用
効果を得ることができる。特に、第４の実施例において
は、３個のパワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、
即ち、高温動作形素子を、電動機フレーム２２と固定子
鉄心２６との間に設けられたスペース、具体的には、固
定子鉄心２６の外周部の収容凹部２６ａ、２６ｂ、２６
ｃ内に配置するように構成した。これにより、パワーモ
ジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃを配置するためのスペ
ースを電動機の本体１内に別途設ける必要がなくなる。
従って、電動機の本体１を一層小形化することができ
る。

【００４６】更に、上記第４の実施例では、パワーモジ
ュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃ（高温動作形素子）を固
定子鉄心２６の内部に設ける構成となっているので、電
動機の本体１をより一層小形化することができる。ま
た、上記第４の実施例では、パワーモジュール５１ａ、
５１ｂ、５１ｃ（高温動作形素子）のうちの固定子巻線
２７の各相の巻線２７ｕ、２７ｖ、２７ｗに対応するも
のを、固定子鉄心２６の内部における対応する相の巻線
２７ｕ、２７ｖ、２７ｗに近接する部位に設けるように
構成した。これにより、各パワーモジュール５１ａ、５
１ｂ、５１ｃと各相巻線２７ｕ、２７ｖ、２７ｗとをそ
れぞれ接続する配線５２ａ、５２ｂ、５２ｃ（図６参
照）の長さを最も短くすることができ、従って、配線構
成を簡単化し得る。

【００４７】図７及び図８は本発明の第５の実施例を示
すものであり、第４の実施例と異なるところを説明す
る。尚、第４の実施例と同一部分には、同一符号を付し
ている。この第５の実施例では、３個のパワーモジュー
ル５１ａ、５１ｂ、５１ｃを固定子鉄心２６のスロット
２６ｄの内部に収容するように構成している。この場
合、パワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃの形状
は、スロット２６ｄの内部に収容可能なように細長い形
状に構成されている。そして、本実施例においては、パ
ワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃを収容したスロ
ット２６ｄ内にも、巻線２７を収容している。

【００４８】このようにパワーモジュール５１ａ、５１
ｂ、５１ｃ及び巻線２７をスロット２６ｄ内に収容可能
な理由は、電動機が永久磁石電動機の場合、ロータ３０
の永久磁石による誘導起電力を小さくするために巻線２
７の巻数を少なくしているからである。即ち、永久磁石
電動機では、スロット２６ｄ内における巻線２７の占積
率が小さいため、スロット２６ｄ内に巻線２７と一緒に
パワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃを十分収容す
ることができるのである。

【００４９】尚、上述した以外の第６の実施例の構成
は、第５の実施例の構成と同じ構成となっている。従っ
て、第６の実施例においても、第５の実施例と同じ作用
効果を得ることができる。特に、第６の実施例では、固
定子鉄心２６のスロット２６ｄ内に巻線２７と一緒にパ
ワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃを配設するよう
に構成したので、各相巻線２７ａ、２７ｂ、２７ｃと各
パワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃとを接続する
配線の長さをより一層短くすることができる。また、パ
ワーモジュール５１ａ、５１ｂ、５１ｃと巻線２７を収
容する作業工程が同じ工程となるから、組立作業性を向
上させることができる。

【００５０】尚、上記各実施例では、電力変換装置とし
てインバータ装置３４を搭載する電動機に適用したが、
これに限られるものではなく、電力用半導体素子として
例えばサイリスタを使用する位相制御装置を搭載する電
動機に適用しても良い。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りの構成であ
るから、次の効果を得ることができる。即ち、請求項１
の電力変換装置搭載形電動機によれば、電動機に搭載す
る電力変換装置の電力用回路を構成する半導体素子とし
て、高温動作形素子を用いるように構成したので、電力
用の半導体素子の損失を低減し得ると共に、電動機全体
の構成を小形化することができるという優れた効果を奏
する。

【００５２】請求項２の電力変換装置搭載形電動機によ
れば、電力変換装置のうちの電力用回路以外の回路を構
成する半導体素子として通常温度動作形素子を用いると
共に、高温動作形素子を配設した部分と通常温度動作形
素子を配設した部分とを分離し、且つ、両者の間に熱絶
縁部材を設けるように構成した。この構成によれば、通
常温度動作形素子を配設した部分に熱が伝わることを防
止できるから、該素子の動作環境を良好に保持できる。

【００５３】請求項３の電力変換装置搭載形電動機によ
れば、回転軸の一端部に冷却ファンを設け、通常温度動
作形素子を配設した部分を電動機フレーム内における冷
却ファン側の軸受ブラケットの近傍に収容し、そして、
高温動作形素子を配設した部分を電動機フレーム内にお
ける固定子鉄心の近傍に収容するように構成した。この
構成によれば、高温動作形素子を配設した部分の環境温
度を容易に高くすることができると共に、通常温度動作
形素子を配設した部分の環境温度を容易に低くすること
ができる。

【００５４】請求項４の電力変換装置搭載形電動機にお
いては、通常温度動作形素子を配設した部分の全部また
は一部分を、電動機フレームの外側に設けるように構成
した。この構成の場合、通常温度動作形素子を配設した
部分の環境温度を低くするための構成を簡単な構成にて
容易に実現できる。

【００５５】請求項５の電力変換装置搭載形電動機にお
いては、電力変換装置をインバータ装置により構成した
場合、インバータ装置のうちのコンバータ回路部の全部
または一部分を、電動機フレームの外側に設けるように
構成した。この構成によれば、電動機の本体の内側の電
子部品と外側の電子部品を接続するための配線構成を簡
単化することができる。

【００５６】請求項６の電力変換装置搭載形電動機によ
れば、高温動作形素子を、電動機フレームと固定子鉄心
との間に設けられたスペースに配置するように構成した
ので、高温動作形素子の動作環境を容易に高温に設定す
ることができ、しかも、全体の構成を小形化し得る。こ
の場合、請求項７の電力変換装置搭載形電動機のよう
に、高温動作形素子を固定子鉄心の内部に設けるように
構成しても、請求項６の構成と同様の効果を得ることが
できる。また、請求項８の電力変換装置搭載形電動機の
ように、高温動作形素子を固定子鉄心のスロットの内部
に設けるように構成しても、請求項６の構成と同様の効
果を得ることができる。

【００５７】請求項９の電力変換装置搭載形電動機によ
れば、高温動作形素子のうちの固定子巻線の各相の巻線
に対応する素子を、固定子鉄心の内部における対応する
相の巻線に近接する部位に設けるように構成したので、
高温動作形素子の動作環境を容易に高温に設定すること
ができると共に、全体の構成を小形化でき、しかも、接
続線の長さを短くすることができる。

【００５８】請求項１０の電力変換装置搭載形電動機に
よれば、高温動作形素子と固定子巻線とを、配線基板を
介して接続するように構成したので、配線構成を簡単化
することができると共に、配線の信頼性を高くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電動機の概略縦断
側面図

【図２】電気的構成図

【図３】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図４】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図５】本発明の第４の実施例を示す図１相当図

【図６】固定子の端面を示す図

【図７】本発明の第５の実施例を示す図１相当図

【図８】固定子鉄心の端面を示す図

【図９】従来構成を示す図１相当図

【図１０】電力用の半導体スイッチング素子のコレクタ
電流ＩC −コレクタエミッタ間電圧ＶCE特性を示す図

【図１１】電力用のダイオードの電流ＩF −電圧ＶF 特
性を示す図

【符号の説明】

２１は本体、２２は電動機フレーム、２３、２４は軸受
ブラケット、２５は固定子、２６は固定子鉄心、２７は
巻線、３０はロータ、３１は回転軸、３２は冷却ファ
ン、３４はインバータ装置（電力変換装置）、３５は熱
絶縁板（熱絶縁部材）、３８はプリント配線基板、４０
はパワーモジュール（半導体素子）、４４はパワーモジ
ュール（半導体素子）、４５は端子箱、４６は熱絶縁
板、４７はプリント配線基板、５１ａ〜５１ｃはパワー
モジュール（半導体素子）を示す。

フロントページの続き (72)発明者望月資康三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地株式会社東芝三重工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータ装置や位相制御装置等からな
る電力変換装置を搭載した電動機において、前記電力変換装置の電力用回路を構成する半導体素子と
して高温動作形素子を用いたことを特徴とする電力変換
装置搭載形電動機。
【請求項２】前記電力変換装置のうちの電力用回路以
外の回路を構成する半導体素子として通常温度動作形素
子を用いると共に、前記高温動作形素子を配設した部分と前記通常温度動作
形素子を配設した部分とを分離し、且つ、両者の間に熱
絶縁部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の電力
変換装置搭載形電動機。
【請求項３】回転軸の一端部に設けられた冷却ファン
を備え、前記通常温度動作形素子を配設した部分を、電動機フレ
ーム内における前記冷却ファン側の軸受ブラケットの近
傍に収容し、前記高温動作形素子を配設した部分を、前記電動機フレ
ーム内における固定子鉄心の近傍に収容したことを特徴
とする請求項２記載の電力変換装置搭載形電動機。
【請求項４】前記通常温度動作形素子を配設した部分
の全部または一部分を、前記電動機フレームの外側に設
けたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置搭載
形電動機。
【請求項５】前記電力変換装置をインバータ装置によ
り構成した場合、前記インバータ装置のうちのコンバータ回路部の全部ま
たは一部分を、電動機フレームの外側に設けたことを特
徴とする請求項１記載の電力変換装置搭載形電動機。
【請求項６】前記高温動作形素子を、電動機フレーム
と固定子鉄心との間に設けられたスペースに配置したこ
とを特徴とする請求項１記載の電力変換装置搭載形電動
機。
【請求項７】前記高温動作形素子を、固定子鉄心の内
部に設けたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装
置搭載形電動機。
【請求項８】前記高温動作形素子を、固定子鉄心のス
ロットの内部に設けたことを特徴とする請求項１記載の
電力変換装置搭載形電動機。
【請求項９】前記高温動作形素子のうちの固定子巻線
の各相の巻線に対応する素子を、固定子鉄心の内部にお
ける対応する相の巻線に近接する部位に設けたことを特
徴とする請求項１記載の電力変換装置搭載形電動機。
【請求項１０】前記高温動作形素子と固定子巻線と
を、配線基板を介して接続したことを特徴とする請求項
１記載の電力変換装置搭載形電動機。