(57)【要約】【課題】回転電機内部の漏れ磁束やノイズに対する耐性が高く、高精度な回転位置検出を実現する制御装置一体型回転電機を得る。【解決手段】回転子軸４に固定され、ブラシ９を介して制御される界磁巻線６２及び界磁鉄心６１を有する回転子６と、制御回路部２４により制御される電力変換回路部２２によって制御される電機子巻線３２を有する固定子３と、信号検出部４２と信号被検出部４１から構成され、回転子６の位置を検出する回転位置センサー４０を備え、制御回路部２４はブラシ９に対して界磁巻線６２及び電機子巻線３２と反対側に配置され、回転位置センサー４０の信号検出部４２は制御回路部２４の制御基板２４０と同一基板上に形成もしくは搭載され、回転位置センサー４０の信号被検出部４１は回転子軸４の制御回路部２４側の端部に配置されている。【選択図】図１
2020127321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転自在に支持される回転子軸と、前記回転子軸に固定されると共に、ブラシを介して通電制御される界磁巻線及び界磁鉄心を有する回転子と、前記ハウジングに固定されると共に、制御回路部により制御される電力変換回路部によって通電制御される電機子巻線を有する固定子と、前記回転子軸の長手方向一端側に配置され、前記電力変換回路部と前記制御回路部を有する電力変換装置と、信号検出部と信号被検出部から構成され、前記回転子の位置を検出する回転位置センサーを備え、
前記制御回路部は前記ブラシに対して前記界磁巻線および前記電機子巻線と反対側に配置され、前記回転位置センサーの信号検出部は前記制御回路部の制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されており、前記回転位置センサーの信号被検出部は前記回転子軸の制御回路部側の端部に配置されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
【請求項２】
前記制御回路部は制御基板を収納するための防水構造を有した樹脂ケースを備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項３】
前記制御基板は、前記界磁巻線を通電制御する界磁回路を構成する半導体制御素子を搭載し、前記制御回路部により前記半導体制御素子を通電制御するための信号配線が前記制御基板のパターン配線で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項４】
前記回転位置センサーの信号被検出部は、前記信号被検出部以外から出力された信号を前記回転子の回転に同期して遮蔽するか否かを切り替える機能を有する信号遮蔽部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項５】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が金属で構成され、前記信号遮蔽部が前記回転子軸に直接接するように配置した請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項６】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が非磁性の金属で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項７】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部がプロペラ状の羽根部を備えることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項８】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部のプロペラ状の羽根部の枚数が、２の倍数枚に設置され、一対のそれぞれの羽根部は前記信号遮蔽部の回転中心を一端とする羽根部の中心線同士が信号遮蔽部の回転中心を基準として１８０度回転した位置に配置することを特徴とする請求項７に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項９】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部の回転中心を基準として、前記羽根部が設置されている部分の角度α１と、前記羽根部が設置されていない部分の角度α２が、同一角度であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１０】
前記回転子が爪形磁極であるクローポールを備え、前記信号遮蔽部の羽根部の枚数が前記クローポールの爪状磁極の極対数と同一であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１１】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部の直径Ａと、前記回転子軸の直径Ｂが、Ａ≦Ｂとなる関係にしたことを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１２】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が前記回転子の端部に前記回転子軸の一部として形成されていることを特徴とする請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１３】
前記界磁巻線に前記ブラシから電流を供給するスリップリング成型部品を、前記回転子軸の制御回路部側の端部に備え、前記回転位置センサーの信号遮蔽部が前記スリップリング成型部品の端部に一体成型されていることを特徴とする請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１４】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部がプロペラ状の羽根部を備え、前記羽根部に前記回転子軸の長手方向に延びた突起を備えたことを特徴とする請求項４から請求項１３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１５】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が、基板と前記基板の中に形成された金属パターンで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、回転電機を制御する制御装置を搭載した制御装置一体型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を背景とした輸送機器への燃費改善要求が高まっている。これにともない、車両電装品で消費される電力の供給および車バッテリへの充電を行う界磁巻線式回転電機においても、小型軽量化が急務になっている。しかしながら、近年、電装品の数とこれによる消費電力は増加傾向にあり、車両用回転電機には、より発電量が大きく、効率の高い発電性能を求められている。このため、これらの要求に対応すべく、低損失ダイオードを搭載したオルタネータ、またはＭＯＳ−ＦＥＴなどのパワー半導体素子で構成された電力変換回路を搭載したモータジェネレータなどの車両用回転電機の開発が行われている。
【０００３】
特に、モータジェネレータなどの装置では、自動車のさらなる燃費改善に向けて、従来のオルタネータが備える発電機能に加えて、エンジンの始動またはアシストなどを行うための電動機としての機能を備える。この際、エンジンの始動またはアシストするのに十分な出力を得られるようにするため、モータジェネレータの回転電機の回転子の回転位置、特に回転子と固定子の相対的な位置関係を高い精度で検出することが必要となる。
この時、モータジェネレータなどの装置が、回転子の界磁巻線を備える場合、またはパワー半導体素子などで構成された電力変換回路などを備える制御装置一体型回転電機では、回転位置を検出するために回転位置センサーが取り付けられる。
【０００４】
このような回転位置センサーは、電力変換装置から界磁巻線への電流の経路となるブラシまたはスリップリングを通過する電流、または界磁巻線に通電されることで生じる磁束が回転子の軸を通って放出されるなどして生じる漏れ磁束、または電力変換装置が動作するときに生じるスイッチングノイズなど、外乱が多い過酷な環境下で使用される。このような、外乱が多い中で高い精度で回転位置を検出するために様々な取組がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、スリップリングを有する回転軸を含む回転子と、ブラシとブラシホルダと前記ブラシホルダとともにスリップリングを覆うカバー部材とを有するブラシ装置と、回転軸の一端に配置された回転位置被検出部と、回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部を備え、回転位置被検出部とスリップリングとの間に絶縁材料で形成された絶縁部が配置された車両用回転電機が示されている。
【０００６】
ブラシ摩耗粉が堆積するとブラシ摩耗粉は導電性を有するため、回転軸とスリップリングとの間で電気短絡が生じ、回転軸の一端に固定された回転位置被検出部に電流が流れる可能性がある。スリップリングと回転位置被検出部との間に絶縁部材を配置することで、回転位置被検出部に短絡電流が流れることを回避している。また、回転位置検出部が回転位置被検出部から放出した磁力を検出するセンサーの場合、回転位置被検出部と回転子軸の間に絶縁部材を配置しているため、界磁巻線に起因した漏れ磁束の影響を低減できる。このようにして、回転位置検出精度の低下を防止しようとしている。
【０００７】
また、特許文献２には、回転子に起磁力を発生する界磁巻線と電機子を構成する電機子巻線を有した電動発電機本体部と、ブラシとスリップリングを介して界磁巻線を通電制御する制御回路部と、電機子巻線を通電制御するインバータパワー回路部を備え、ブラシは界磁巻線および電機子巻線と制御回路部との間に配設され、制御回路部が構成されている制御基板は制御回路部搭載部内に収納され、制御回路部搭載部には回転子の位置を検出する回転センサーを設けた電動発電機装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８９３７０６号公報（図１、図３）
【特許文献２】特許第４２８６７７３号公報（図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示された従来の回転電機では、絶縁部材が樹脂などの強度が低い部材、またはセラミックのような割れやすい部材で構成されることになり、被検出部の固定の強度および信頼性が低くなり、回転加速度が大きい場合に検出精度が低下する。また、絶縁部材を配置することで回転軸の長手方向の長さが増大するため、車載用回転電機に常に求められる小型化に対応するため、他の部品の廃止およびサイズの縮小などが必要となり、製品を構成する上での制約となる。また、絶縁部材は一般に熱伝導率が低いため、スリップリング及びブラシで生じた熱が回転軸の端部から放出されるのが妨げられる。この結果、ブラシの温度が上昇することによるブラシの摩耗量の増加に対応するためのブラシの長さの増大、構成部材の耐熱温度向上により製品サイズの増大または生産性悪化の原因となる。
【００１０】
また、特許文献１に示された従来の回転電機では、回転軸の一端に配置された回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部は、リア側フレームの外側の軸方向端面にボルト等の固定手段によって固定された制御機器に接続線などを介して接続されている。そのため、回転位置検出部から出力された検出信号に回転位置センサー外部からの外乱が重畳して角度検出精度が低下する恐れがある。
【００１１】
また、特許文献２に示された従来の電動発電機装置では、リヤブラケットの軸線延在方向の後端に配設された回転センサーは、樹脂ケースからなる制御回路部搭載部の内側に配設された制御基板と外部配線で接続されている。したがって、特許文献１の回転電機と同様に、回転センサーから出力された検出信号に回転センサー外部からの外乱が重畳して角度検出精度が低下する恐れがある。
【００１２】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転センサー外部からの外乱に起因した影響を回避し、高精度な回転位置検出を実現する制御装置一体型回転電機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングに回転自在に支持される回転子軸と、回転子軸に固定されると共に、ブラシを介して通電制御される界磁巻線及び界磁鉄心を有する回転子と、ハウジングに固定されると共に、制御回路部により制御される電力変換回路部によって通電制御される電機子巻線を有する固定子と、回転子軸の長手方向一端側に配置され、電力変換回路部と制御回路部を有する電力変換装置と、信号検出部と信号被検出部から構成され、回転子の位置を検出する回転位置センサーを備え、制御回路部はブラシに対して界磁巻線および電機子巻線と反対側に配置され、回転位置センサーの信号検出部は制御回路部の制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されており、回転位置センサーの信号被検出部は回転子軸の制御回路部側の端部に配置されているものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願は、制御回路部がブラシに対して界磁巻線および電機子巻線と反対側に配置され、回転位置センサーの信号検出部は制御回路が形成されている制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されているので、回転位置センサーの外部に外乱が非常に多い特殊環境下においても、高精度な回転位置検出を実現できる制御装置一体型回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１による制御装置一体型回転電機の断面模式図である。
【図２】実施の形態１による制御装置一体型回転電機の制御装置を示す回路図である。
【図３】実施の形態２による制御装置一体型回転電機に使用される回転位置センサーの信号被検出部を示した外観模式図である。
【図４】実施の形態３による制御装置一体型回転電機に使用される回転位置センサーの信号被検出部を含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
【図５】実施の形態４による制御装置一体型回転電機に使用される回転位置センサーの信号被検出部を含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
【図６】実施の形態５による制御装置一体型回転電機に使用される回転位置センサーの信号被検出部を含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
【図７】実施の形態６による制御装置一体型回転電機に使用される回転位置センサーの信号被検出部を含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
【図８】実施の形態７による制御装置一体型回転電機に使用される回転位置センサーの信号被検出部を含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１における制御装置一体型回転電機を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による制御装置一体型回転電機を示した断面模式図、図２は制御装置の内部回路図である。本実施の形態１で説明する制御装置一体型回転電機は、モータジェネレータを示しているが、車両用の回転電機でも適用可能である。
【００１７】
回転電機１００は、ハウジングとしてのフロントブラケット１及びハウジングとしてのリヤブラケット２と、フロントブラケット１に固定されたベアリング１１と、リヤブラケット２に固定されたベアリング２１と、これらのベアリング１１、２１に回転自在に支持されている回転子軸４と、フロントブラケット１及びリヤブラケット２に挟持されて固定されると共に固定子鉄心３１及び電機子巻線（固定子巻線）３２を有する固定子３と、回転子軸４に固定されると共に界磁鉄心６１及び界磁巻線６２を有する回転子６と、回転子軸４のフロント側の端部に固着されたプーリ５を備えている。回転電機１００は、プーリ５に掛けられたベルト（図示せず）を介して、エンジンの回転軸（図示せず）に連結される。
【００１８】
なお、以下の説明において、回転子軸４の軸方向の中心部からみて、フロントブラケット１が設置されている側を回転電機のフロント側、リヤブラケット２が設置されている側を回転電機のリア側と称する。また、フロントブラケット１とリヤブラケット２は、それぞれハウジングと称する場合がある。
【００１９】
回転電機１００の駆動の際の発熱により、回転子６および固定子３の温度が上昇するため、回転子６の軸方向両端面には冷却ファン６３が設けられている。フロントブラケット１およびリヤブラケット２は、軽量化と生産性の観点からアルミダイカスト成形により製作されている。回転子軸４のリア側に装着された一対のスリップリング７と、回転子軸４のリア側外周に位置するようにリヤブラケット２に取り付けられたブラシホルダ８と、一対のスリップリング７に摺接するようにブラシホルダ８内に配置された一対のブラシ９を備えている。後述する界磁電流は、一対のブラシ９と一対のスリップリング７を介して界磁巻線６２に供給される。
【００２０】
回転電機１００のリヤブラケット２の軸方向外側端部には、回転電機１００を制御するための電力変換装置として機能する制御装置２００を備えている。
制御装置２００は、図２に示すように外部の直流電源としての車載バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、または電機子巻線（固定子巻線）３２からの交流電力を直流電力に変換する２組の３相交流回路が構成された電力変換回路部２２と、回転子６の界磁巻線６２に界磁電流を供給する界磁回路部２３と、電力変換回路部２２及び界磁回路部２３を制御する制御回路部２４を備える。
【００２１】
制御装置２００は、電力変換回路部２２と、界磁回路部２３と、制御回路部２４と、これらを覆うもしくは接続する構造部材から構成される。また、車載バッテリ１０と電力変換回路部２２との間には平滑コンデンサ２５が接続される。回転電機１００は、リヤブラケット２の軸方向外側端部に電力変換装置の機能を有した制御装置２００を搭載した、いわゆる制御装置一体型回転電機である。
【００２２】
回転電機の電機子巻線３２は、例えば位相が３０度ずれた２組の３相電機子巻線により構成されており、これらの３相電機子巻線は、３相電力変換回路を２組備えた電力変換装置により、それぞれ独立して制御され得るように構成されている。
Ｙ結線された３相の電機子巻線３２の各相の端子は、電力変換回路部２２における６個のパワー半導体素子２２ａにより構成された電力変換回路部２２の交流側端子に接続されている。電力変換回路部２２の直流側端子は、車載バッテリ１０と平滑コンデンサ２５に接続されている。界磁回路部２３は、２個の半導体素子２３ａを介して車載バッテリ１０に接続されている。
【００２３】
回転電機１００を電動機として動作させるときは、電力変換回路部２２がインバータとして動作するように、制御回路部２４によりパワー半導体素子２２ａがスイッチング制御される。これにより、車載バッテリ１０からの直流電力は、電力変換回路部２２により交流電力に変換されて電機子巻線３２に供給される。電機子巻線３２は回転磁界を発生して界磁巻線６２が発生する直流磁束と協働して、回転子６を回転させる。このとき、界磁巻線６２に流れる界磁電流は、制御回路部２４による半導体素子２３ａのスイッチング制御により必要に応じて調節される。
【００２４】
一方、回転電機１００を発電機として動作させるときは、電力変換回路部２２がコンバータとして動作するように、制御回路部２４によりパワー半導体素子２２ａがスイッチング制御される。これにより、回転している回転子６の界磁巻線６２による直流磁界により電機子巻線３２に発生した交流電力は、電力変換回路部２２により直流電力に変換されて車載バッテリ１０に供給される。このとき、界磁巻線６２に流れる界磁電流は、制御回路部２４による半導体素子２３ａのスイッチング制御により必要に応じて調節される。
【００２５】
図１に示す制御装置一体型回転電機では、各パワー半導体素子２２ａの信号線接続端子は、制御回路部２４における制御基板２４０に設けられている制御回路に、信号線接続部材（図示せず）を介して接続されている。また、電力変換回路部２２の各相の交流側端子は、電機子巻線３２の各相の端子に接続されている。制御回路部２４の制御基板２４０に設けられた制御回路は、リード線接続部を介してエンジン制御装置ＥＣＵ（図示せず）からのリード線（図示せず）に接続される。
【００２６】
制御回路部２４は、制御基板２４０と制御基板２４０を収納するための樹脂ケース２４１を備えている。制御基板２４０は所定の支持手段を介して樹脂ケース２４１に固定されている。樹脂ケース２４１は内部に収納された制御基板２４０への塩泥水の浸入を防ぐために、防水カバーなどにより密封された防水構造を有している。界磁回路部２３を構成する半導体素子２３ａは、前述の制御基板２４０と同一基板上に実装する。界磁回路部２３を制御基板２４０に搭載することで、別の基板に構成する場合に対して電力変換装置の制御装置２００を省スペースにできる。
【００２７】
モータジェネレータなどの回転電機では、内部に発電電流の整流機能およびインバータなどの電力変換機能を併せ持つ電力変換回路部２２を備える。電力変換回路部２２を構成するパワー半導体素子２２ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのスイッチング可能なパワー半導体素子により構成される。電力変換回路部２２は、回転電機１００のリヤブラケット２と制御回路部２４の間の空間である、図１にハッチングで示した領域２２０のいずれかの箇所に配置される。
【００２８】
界磁巻線６２に電力を供給するブラシ９は、界磁巻線６２および電機子巻線３２と制御回路部２４との間に配置される。また、ブラシ９に対して界磁巻線６２および電機子巻線３２と反対の側に配置された制御回路部２４の樹脂ケース２４１内に、制御回路が構成されている制御基板２４０が収納される。
信号被検出部４１と信号検出部４２で構成される回転位置センサー４０は、ブラシ９に対して界磁巻線６２および電機子巻線３２と反対の側に配置される。回転位置センサー４０の信号被検出部４１は、回転子軸４に直接接するように配置し、回転位置センサーの信号検出部４２は、制御回路部２４の制御基板２４０と同一基板上に形成もしくは搭載されている。
【００２９】
回転位置センサー４０の構成としては、信号被検出部４１に磁石を用いるＭＲ系センサー、または磁石を用いない電磁誘導センサーが用いられる。ＭＲ系センサーは信号被検出部４１の外周近傍に磁性体又は磁石を配置し、信号検出部４２に設けたコイル又はホール素子で磁性体又は磁石の回転位置を検出するものである。電磁誘導センサーは、信号被検出部４１として金属が配置され、信号検出部４２としてコイル状の信号発信部と信号受信部が配置される。信号発信部に微弱な電流が通電されることで磁束が生じ、信号遮断機能を有した信号被検出部４１が回転することで、信号発信部から放出されている磁束が遮蔽され、信号受信部が受け取る信号が小さくなる。これを利用して回転位置を検知する。
【００３０】
実施の形態１による制御装置一体型回転電機によれば、回転位置の検出精度を低下させる要因になる漏れ磁束の発生原因である界磁巻線６２と回転位置センサー４０が配置される位置の間にブラシ９を配置する構成とすることで、界磁巻線６２から放出された漏れ磁束が回転位置センサー４０に到達されたときには十分に減衰し、回転位置の検出精度が低下することを防止できる。これにより、信号被検出部４１を回転子軸４の端部に絶縁部材を介することなく配置しても回転位置の検出精度の低下を防止できる。
【００３１】
また、回転位置センサー４０の構成部材の一つである信号検出部４２は、制御基板２４０上に形成されるため、信号検出部４２を制御基板２４０とは別の部分に配置する場合に対して、回転子軸４の長手方向および回転子軸４の長手方向に直行する方向のサイズが省スペースにできる。
【００３２】
回転位置センサー４０の信号被検出部４１は、回転子軸４に直接接するように配置しているため、信号被検出部４１と回転子軸４とが樹脂などの絶縁部材を間に配置する場合に比べて、遥かに高い強度で固定できる。この結果、大きな回転加速度が信号被検出部４１に作用した場合でも信号被検出部４１の位置がずれることが無く、回転位置の検出精度が低下することを回避できる。また、回転子軸４から信号被検出部４１までが熱伝導率が低い樹脂などの絶縁部材を含まないので、ブラシ９、スリップリング７、界磁巻線６２などで発生した熱が回転子軸４に伝達され、回転子軸４から信号被検出部４１に効率よく伝導される。信号被検出部４１が外気に露出しているため、信号被検出部４１に伝達された熱が外気に効率よく放出できる。
【００３３】
更に、回転位置センサー４０の信号検出部４２が、制御回路部２４の樹脂ケース２４１内部に収納された制御回路が構成されている制御基板２４０と同一基板上に形成もしくは搭載されているので、信号検出部４２から信号を受信する部品（例えば、マイコン、ＡＳＩＣ、Ａ／Ｄコンバータ、オペアンプなど）までの配線の長さを短くすることが可能となる。配線の長さを短くできることで、信号検出部４２から出力された検出信号に、回転位置センサー４０外部からの外乱が重畳するのを防止し、角度検出精度が低下するのを防止できる。この結果、回転位置センサー４０の外部に外乱が非常に多いモータジェネレータのような制御装置一体型回転電機の内部という特殊環境下においても高精度な角度検出が可能となる。また、制御基板２４０が樹脂ケース２４１に収納されているため、制御回路部２４の内部に塵芥が侵入することを防止できる。
【００３４】
実施の形態２
次に、本願の実施の形態２における制御装置一体型回転電機を図３に基づいて説明する。
図３は実施の形態２において使用される回転位置センサー４０の信号被検出部４１を示した外観模式図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
実施の形態２の回転位置センサー４０は、信号検出部４２がコイル状の信号発信部と、信号発信部から生じた磁束が信号被検出部４１で反射されて受信する信号受信部で構成される電磁誘導センサーである。
【００３５】
図１に示した制御装置一体型回転電機の回転位置センサー４０の信号被検出部４１として、図３に示すように被検出部以外から出力された回転を検出する信号を回転子６の回転に同期して遮蔽するか否かを切り替える機能を有する信号遮蔽部４１ａを設けたものである。
本構成では、回転位置センサー４０の信号被検出部４１に設けられた信号遮蔽部４１ａが回転子６の回転に同期して回転することで、回転検出信号を信号遮蔽部４１ａで遮るか否かで回転位置を検出する構成としたものである。
【００３６】
このため、実施の形態１で示した界磁巻線６２から放出された漏れ磁束が回転位置センサー４０に到達されたときには十分に減衰するようにした構成に加えて、信号遮蔽部４１ａ自身が回転検出信号を発しておらず、信号遮蔽部４１ａ以外の部分から出力された信号を遮るか否かで回転位置を検出するため、漏れ磁束の影響をさらに回避できる。このため、回転子軸４と信号遮蔽部４１ａとの間に樹脂などの絶縁部材を配置する必要がなく、制御装置一体型回転電機の回転子軸４の長手方向の製品サイズが増大するのを防止するとともに、さらなる回転位置の検出精度が向上できる。もしくは更なる過酷な環境下でも精度良く回転位置の検出が可能となる。
【００３７】
回転位置センサー４０の信号遮蔽部４１ａは、金属で構成され信号遮蔽部４１ａが回転子軸４に直接接するように配置する。これにより、信号遮蔽部４１ａと回転子軸４とが強度が高い金属同士で直接接続する構成となるため、固定強度が高く大きな回転加速度が信号遮蔽部４１ａに作用した場合でも信号遮蔽部４１ａの位置がずれることが無く、回転位置検出精度が低下することを回避できる。また、回転子軸４から信号遮蔽部４１ａまでが熱伝導率が低い樹脂などの絶縁部材を含まないので、ブラシ９、スリップリング７、界磁巻線６２などで発生した熱が回転子軸４に伝達され、回転子軸４から信号遮蔽部４１ａに効率よく伝導される。信号遮蔽部４１ａが回転するため、信号遮蔽部４１ａに伝達された熱が外気に効率よく放出できる。
【００３８】
また、信号遮蔽部４１ａが金属製であり、回転子軸４の回転に同期して回転して冷却されるため、信号遮蔽部４１ａ自体の温度が過度に上昇するのを防止できる。この結果、信号遮蔽部４１ａの温度が大きく変化することで生じる回転位置検出に影響するような信号遮蔽部４１ａの膨張収縮による形状変動が生じず、回転位置の検出精度が低下することを回避できる。
【００３９】
回転位置センサー４０の信号遮蔽部４１ａは非磁性の金属で構成してもよい。たとえば、銅、アルミ、ステンレス鋼およびこれらを基材とする合金などの非磁性の金属で構成することで、界磁巻線６２に通電されることで生じる漏れ磁束、界磁電流の電流脈動などによるノイズが制御回路部２４の制御基板２４０側に放出されるのを防止するシールド効果を得られる。この結果、改めてシールドを配置する必要がなくなり、制御装置一体型回転電機の小型軽量化が可能となる。
【００４０】
図３に示すように、回転位置センサー４０の信号遮蔽部４１ａはプロペラ状の羽根部を備えている。このため、信号遮蔽部４１ａを金属の平板をプレス加工などで打ち抜いて構成でき、安価で高精度に成形できる。回転子軸４への取り付けは、信号遮蔽部４１ａの回転中心に空いた取り付け穴を回転子軸４に対してねじ留め、圧入、かしめなどで固定する。また、回転子軸４の端部にプロペラ状の信号遮蔽部４１ａを取り付けるため、電力変換回路部２２の内部に空気の流れを生じさせることができ、ブラシ９、スリップリング７、制御回路部２４などの温度を低減できる。
【００４１】
回転位置センサー４０の信号遮蔽部４１ａのプロペラ状の羽根部の枚数が２の倍数枚に設置され、一対のそれぞれの羽根部が信号遮蔽部４１ａの回転中心を一端とする羽根部の中心線同士が信号遮蔽部４１ａの回転中心を基準として１８０度回転した位置に配置する。これにより、回転した時に羽根部に作用する遠心力を打消し、信号遮蔽部４１ａの羽根部が回転中に回転子軸４の長手方向に変動したり、回転子軸４に対して偏芯したりするのを高速回転でも回避でき、回転位置の検出精度の低下を防止できる。また、信号遮蔽部４１ａの回転中心を基準として、羽根部が設置されている部分の角度α１と、羽根部が設置されていない部分の角度α２が略同一となるように配置されている。α１＝α２とすることで回転位置センサー４０の信号検出部４２に対して、回転位置検出用の信号が遮蔽される期間と遮蔽されない期間が均等となり、検出精度が向上する。
【００４２】
回転子６の界磁鉄心６１は、界磁巻線６２に通電した際に磁極となる爪形状のクローポールとなっており、信号遮蔽部４１ａの羽根部の枚数が界磁巻線６２を挟んで一対に設けられたクローポールの磁極の極対数と同一となるように形成している。クローポールの磁極の極対数と回転位置センサー４０の信号遮蔽部４１ａの羽根部の枚数が同じであるため、回転位置センサー４０で検出した回転位置の変化と電機子巻線３２に対するクローポールの磁極の極対の回転位置の変化が同じになり、回転位置センサー４０で検出した角度を制御回路部２４で使用する際に内部処理の工程を省略できる。この結果、制御回路部２４の制御基板２４０の構成部品および配線パターンを簡略化できる。
【００４３】
実施の形態３．
次に、本願の実施の形態３における制御装置一体型回転電機を図４に基づいて説明する。
図４は実施の形態３において使用される回転位置センサー４０の信号遮蔽部４１ａを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
図４において、信号被検出部４１の信号遮蔽部４１ａは、信号遮蔽部４１ａの直径Ａと、回転子軸４の直径ＢがＡ≦Ｂとなるように形成されている。信号遮蔽部４１ａの構成以外は、実施の形態１および２と同様の構成である。
【００４４】
このような構成とすることで、制御装置一体型回転電機を組み立てる際に、信号遮蔽部４１ａの直径Ａが回転子軸４の直径Ｂ以下になる。回転子軸４に取り付けられるスリップリング７、スリップリング７に接するブラシ９、ブラシホルダ８は、回転子軸４を取り囲むような形状に成形されており、回転子軸４の長手方向の軸端部から挿入される。信号遮蔽部４１ａを実施の形態３の構成とすることで、信号遮蔽部４１ａを取り付ける順番がブラシ９、ブラシホルダ８、スリップリング７を取り付ける前でも後でもよくなり、組み立て自由度が向上する。この結果、信号遮蔽部４１ａを回転子６の組み立て工程の最初、すなわち、ブラシ９、ブラシホルダ８、スリップリング７を配置する前に設定できるようになることで、クローポールの界磁鉄心６１と信号遮蔽部４１ａの相対的な位置を精度よく設置しようとしたときに障害物がないため位置精度を高く設定するための自由度が高くなり、検出精度が向上する。
【００４５】
実施の形態４．
次に、本願の実施の形態４における制御装置一体型回転電機を図５に基づいて説明する。
図５は実施の形態４による信号遮蔽部４１ａを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図５において、信号被検出部４１の信号遮蔽部４１ａは、信号遮蔽部４１ａが回転子６の端部に回転子軸４の一部として形成されている。この信号遮蔽部４１ａは、回転子軸４の端部を切削加工、砥粒加工などの機械加工、またはプレス加工、鍛造加工、転造加工などによって形成したものである。信号遮蔽部４１ａの構成以外は、実施の形態１と同様の構成である。
【００４６】
本構成とすることで、別部品で信号被検出部４１の信号遮蔽部４１ａを形成して回転子軸４に取り付けるよりも、回転子軸４と信号遮蔽部４１ａの相対的な位置、信号検出部４２と信号遮蔽部４１ａの相対的な位置のずれを低減できる。また、製造工程で位置ずれの補正などが不要になるとともに、取り付け工程が不要となるため製造が容易になる。また、信号遮蔽部４１ａの回転中心に配置していた取り付け用の穴が不要になり、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、検出精度、検出信頼性が向上する。もしくは、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、信号遮蔽部４１ａの直径を小さくできる
【００４７】
実施の形態５．
次に、本願の実施の形態５における制御装置一体型回転電機を図６に基づいて説明する。
図６は実施の形態５による信号遮蔽部４１ａを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図６において、界磁巻線６２にブラシ９から電流を供給するスリップリング７の成型部品を回転子軸４の端部に備え、信号遮蔽部４１ａがスリップリング７の成型部品の端部に一体成型されている。信号遮蔽部４１ａの構成以外は、実施の形態１および２と同様の構成である。
【００４８】
信号遮蔽部４１ａがスリップリング７の成型部品の端部に一体成型されていることで、スリップリング７を製造工程で組み込む際に同時に信号遮蔽部４１ａも設置できるため、製造が容易になる。信号遮蔽部４１ａの回転中心に配置していた取り付け用の穴が不要になり、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、検出精度、検出信頼性が向上する。もしくは、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、信号遮蔽部４１ａの直径を小さくできる。なお、スリップリング７の成型部品に一体成型される信号遮蔽部４１ａと回転子軸４は、直接接するように配置する。
【００４９】
実施の形態６．
次に、本願の実施の形態６における制御装置一体型回転電機を図７に基づいて説明する。
図７は実施の形態６による信号遮蔽部４１ａを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図７において、信号遮蔽部４１ａがプロペラ状の羽根部の回転子軸４の長手方向に突起４１ｂを備え、信号遮蔽部４１ａが回転することで風の流れを発現する構成を備える。信号遮蔽部４１ａの構成以外は、実施の形態１および２と同様の構成である。
【００５０】
このような構成とすることで、信号遮蔽部４１ａがファンのような効果を発現するため、電力変換装置の内部の空気の流れの発生をより強力に促進でき、ブラシ９、スリップリング７、制御回路部２４などの温度を低減できる。また、ブラシ９の摩耗粉が空気の流れによってブラシホルダ８の内部から排出され、摩耗粉の堆積によるスリップリング７の成型部品と回転子軸４の短絡、一対のスリップリング７同士が短絡するのを防止できる。これにより、信号遮蔽部４１ａの温度が過度に上昇するのを防止でき、信号遮蔽部４１ａの温度が大きく変化することで生じる回転位置検出に影響するような信号遮蔽部４１ａの膨張収縮による形状変動が生じず、回転位置検出精度が低下することを回避できる。
【００５１】
実施の形態７．
次に、本願の実施の形態７における制御装置一体型回転電機を図８に基づいて説明する。
図８は実施の形態７による信号遮蔽部４１ａを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図８において、信号遮蔽部４１ａが、基板４１ｃと基板の中に形成された金属パターン４１ｄで形成されている。信号遮蔽部４１ａの構成以外は、実施の形態１および２と同様の構成である。
【００５２】
このような構成とすることで、信号遮蔽部４１ａの回転中心に配置していた取り付け用の穴が不要になり、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、検出精度、検出信頼性が向上する。もしくは、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、信号遮蔽部４１ａの直径を小さくできる。
【００５３】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５４】
１：フロントブラケット（ハウジング）、２：リヤブラケット（ハウジング）、
３：固定子、３１：固定子鉄心、３２：電機子巻線（固定子巻線）、４：回転子軸、
６：回転子、６１：界磁鉄心、６２：界磁巻線、７：スリップリング、
８：ブラシホルダ、９：ブラシ、２２：電力変換回路部（電力変換装置）、
２３：界磁回路部、２４：制御回路部、４０：回転位置センサー、
４１：信号被検出部、４１ａ：信号遮蔽部、４１ｂ：突起、４１ｃ：基板、
４１ｄ：金属パターン、４２：信号検出部、２４０：制御基板、２４１：樹脂ケース、
１００：回転電機、２００：制御装置（電力変換装置）。
【図１】
2020127321.tif 000003
【図２】
2020127321.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020127321.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月3日(2020.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転自在に支持される回転子軸と、前記回転子軸に固定されると共に、ブラシを介して通電制御される界磁巻線及び界磁鉄心を有する回転子と、前記ハウジングに固定されると共に、制御回路部により制御される電力変換回路部によって通電制御される電機子巻線を有する固定子と、前記回転子軸の長手方向一端側に配置され、前記電力変換回路部と前記制御回路部を有する電力変換装置と、信号検出部と信号被検出部から構成され、前記回転子の位置を検出する回転位置センサーを備え、
前記制御回路部は前記ブラシに対して前記界磁巻線および前記電機子巻線と反対側に配置され、前記回転位置センサーの信号検出部は前記制御回路部の制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されており、前記回転位置センサーの信号被検出部は前記回転子軸の制御回路部側の端部に直接接するように配置され、前記制御基板は、前記界磁巻線を通電制御する界磁回路を構成する半導体制御素子を搭載し、前記制御回路部により前記半導体制御素子を通電制御するための信号配線が前記制御基板のパターン配線で構成されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
【請求項２】
前記制御回路部は制御基板を収納するための防水構造を有した樹脂ケースを備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項３】
前記回転位置センサーの信号被検出部は、前記信号被検出部以外から出力された信号を前記回転子の回転に同期して遮蔽するか否かを切り替える機能を有する信号遮蔽部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項４】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が金属で構成され、前記信号遮蔽部が前記回転子軸に直接接するように配置した請求項３に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項５】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が非磁性の金属で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項６】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部がプロペラ状の羽根部を備えることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項７】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部のプロペラ状の羽根部の枚数が、２の倍数枚に設置され、一対のそれぞれの羽根部は前記信号遮蔽部の回転中心を一端とする羽根部の中心線同士が信号遮蔽部の回転中心を基準として１８０度回転した位置に配置することを特徴とする請求項６に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項８】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部の回転中心を基準として、前記羽根部が設置されている部分の角度α１と、前記羽根部が設置されていない部分の角度α２が、同一角度であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項９】
前記回転子が爪形磁極であるクローポールを備え、前記信号遮蔽部の羽根部の枚数が前記クローポールの爪状磁極の極対数と同一であることを特徴とする請求項６から請求項８いずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１０】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部の直径Ａと、前記回転子軸の直径Ｂが、Ａ≦Ｂとなる関係にしたことを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１１】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が前記回転子の端部に前記回転子軸の一部として形成されていることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１２】
前記界磁巻線に前記ブラシから電流を供給するスリップリング成型部品を、前記回転子軸の制御回路部側の端部に備え、前記回転位置センサーの信号遮蔽部が前記スリップリング成型部品の端部に一体成型されていることを特徴とする請求項３から請求項１１のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１３】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部がプロペラ状の羽根部を備え、前記羽根部に前記回転子軸の長手方向に延びた突起を備えたことを特徴とする請求項３から請求項１２のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１４】
前記回転位置センサーの信号遮蔽部が、基板と前記基板の中に形成された金属パターンで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の制御装置一体型回転電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本願に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングに回転自在に支持される回転子軸と、回転子軸に固定されると共に、ブラシを介して通電制御される界磁巻線及び界磁鉄心を有する回転子と、ハウジングに固定されると共に、制御回路部により制御される電力変換回路部によって通電制御される電機子巻線を有する固定子と、回転子軸の長手方向一端側に配置され、電力変換回路部と制御回路部を有する電力変換装置と、信号検出部と信号被検出部から構成され、回転子の位置を検出する回転位置センサーを備え、制御回路部はブラシに対して界磁巻線および電機子巻線と反対側に配置され、回転位置センサーの信号検出部は制御回路部の制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されており、回転位置センサーの信号被検出部は回転子軸の制御回路部側の端部に直接接するように配置され、制御基板は、界磁巻線を通電制御する界磁回路を構成する半導体制御素子を搭載し、制御回路部により半導体制御素子を通電制御するための信号配線が制御基板のパターン配線で構成されているものである。