(57)【要約】【課題】  小型化され、かつ電流検出精度が向上した回転電機およびその応用システムを提供する。【解決手段】  回転電機６は、Ｕ相コイル１０と、Ｕ相コイル１０に流れる電流を検知するセンサＳＵと、Ｖ相コイル１２と、Ｖ相コイル１２に流れる電流を検知するセンサＳＶと、Ｗ相コイル１４と、Ｗ相コイル１４に流れる電流を検知するセンサＳＷとを含む。センサＳＵ，ＳＷおよびＳＶは、磁界センサであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルのコア部分に発生する磁界を検知することによりコイルに流れる電流を検出する。検出された電流値は、信号ＭＣＲＴ１として制御装置３に送られる。制御装置３は、インバータ４の内部のスイッチング素子の導通を制御して直流電圧を交流に変換して回転電機６に供給する。【選択図】        図１
2006074940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子と組合せて用いられる固定子とを備え、
前記固定子は、
コイルと、
前記コイルが巻回されたステータコア部と、
前記ステータコア部に設けられ、磁界を検知することにより前記コイルの電流を検出するセンサとを含む、回転電機。
【請求項２】
前記ステータコア部には、前記センサを収容する凹部が設けられる、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記センサは、樹脂モールドされ、前記ステータコア部に固定される、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定子は、
前記センサの周囲に設けられ、前記コイルによって発生される磁界と交差する磁界を遮蔽する磁気遮蔽部をさらに含む、請求項１〜３項のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記凹部は、開口部が底部よりも狭くなっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記センサおよび前記ステータコア部には、組合せられることにより前記センサの前記ステータコアに対する位置が決定する凹凸部が設けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記センサおよび前記ステータコア部には、嵌め合わせられることにより前記センサの前記ステータコアに対する位置が決定し、一旦嵌め合せられると取り外す際抵抗が生ずるような形状を有する嵌合部が設けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記凹部は、前記ステータコア部から突出する小突起に設けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
回転子および前記回転子と組合せて用いられる固定子とを含む回転電機を備え、
前記固定子は、
コイルと、
前記コイルが巻回されたステータコア部と、
前記ステータコア部に設けられ、磁界を検知することにより前記コイルの電流を検出するセンサとを含み、
前記センサの出力に応じて前記コイルの電流制御を行なう制御部をさらに備える、回転電機応用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機および回転電機応用システムに関し、より特定的には回転電機の電流測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用のモータとして小型で効率のよいモータが求められている。駆動用モータは、インバータおよび制御装置によって可変速の制御が行なわれる。可変速制御においてモータの電流を測定することが行なわれている。
【０００３】
一方で、エンジン駆動の自動車に関し、始動用モータの電流測定についてモータの外部のコアに磁界センサを設けた構成が特表２００１−５１０２５７号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特表２００１−５１０２５７号公報
【特許文献２】実開昭６３−８８０７３号公報
【特許文献３】実開平２−５７２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特表２００１−５１０２５７号公報（特許文献１）に開示された構成は、モータ外部のコアに磁界センサを設けたものであるため、装置の小型化の点および電流を正確に測定するという点において改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、小型化され、かつ電流検出精度が向上した回転電機およびその応用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、要約すると、回転電機であって、回転子と、回転子と組合せて用いられる固定子とを備える。固定子は、コイルと、コイルが巻回されたステータコア部と、ステータコア部に設けられ、磁界を検知することによりコイルの電流を検出するセンサとを含む。
【０００７】
好ましくは、ステータコア部には、センサを収容する凹部が設けられる。
【０００８】
好ましくは、センサは、樹脂モールドされ、ステータコア部に固定される。
【０００９】
好ましくは、固定子は、センサの周囲に設けられ、コイルによって発生される磁界と交差する磁界を遮蔽する磁気遮蔽部をさらに含む。
【００１０】
好ましくは、凹部は、開口部が底部よりも狭くなっている。
【００１１】
好ましくは、センサおよびステータコア部には、組合せられることによりセンサのステータコアに対する位置が決定する凹凸部が設けられる。
【００１２】
好ましくは、センサおよびステータコア部には、嵌め合わせられることによりセンサのステータコアに対する位置が決定し、一旦嵌め合せられると取り外す際抵抗が生ずるような形状を有する嵌合部が設けられる。
【００１３】
好ましくは、凹部は、ステータコア部から突出する小突起に設けられる。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、回転電機応用システムであって、回転子および回転子と組合せて用いられる固定子とを含む回転電機を備える。固定子は、コイルと、コイルが巻回されたステータコア部と、ステータコア部に設けられ、磁界を検知することによりコイルの電流を検出するセンサとを含む。回転電機応用システムは、センサの出力に応じてコイルの電流制御を行なう制御部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転電機の小型化および電流検出精度の信頼性が向上する。また、磁気干渉による電流検出ノイズを低減させることができる。さらに、センサ取付けの位置決めが容易になり、磁気センサの脱落を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の回転電機が適用される回転電機応用システム１の構成を示したブロック図である。
【００１８】
図１を参照して、回転電機応用システム１は、直流電圧を供給するＤＣ電源２と、ＤＣ電源２から与えられた直流を３相交流に変換するインバータ４と、インバータ４によって駆動される回転電機６と、回転電機６のコイル部に流れる電流値を示す信号ＭＣＲＴ１を受けてこれに応じてインバータ４の制御を行なう制御装置３とを含む。
【００１９】
回転電機６は、Ｕ相コイル１０と、Ｕ相コイル１０に流れる電流を検知するセンサＳＵと、Ｖ相コイル１２と、Ｖ相コイル１２に流れる電流を検知するセンサＳＶと、Ｗ相コイル１４と、Ｗ相コイル１４に流れる電流を検知するセンサＳＷとを含む。
【００２０】
回転電機応用システム１の具体的な例としては、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車のようなモータによって車輪を駆動させるような自動車等が挙げられる。このモータは、車両制動時には、発電機として作用し、ＤＣ電源に対して電力を出力する。
【００２１】
センサＳＵ，ＳＷおよびＳＶは、磁界センサであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルのコア部分に発生する磁界を検知することによりコイルに流れる電流を検出する。
【００２２】
検出された電流値は、信号ＭＣＲＴ１として制御装置３に送られる。制御装置３は、インバータ４の内部のスイッチング素子の導通を制御して直流電圧を交流に変換して回転電機６に供給する。
【００２３】
図２は、回転軸に垂直な回転電機６の断面を示した図である。
【００２４】
図２を参照して、回転電機６は、回転軸であるシャフト９と、シャフト９に結合されるロータ８と、図示しないケースに固定されるステータ５とを含む。
【００２５】
ステータ５はたとえば電磁鋼板が積層されて形成されている。ステータ５には１２箇所の突起部が設けられる。
【００２６】
突起部２０にはＵ相コイル１０が巻回されている。突起部２２にはＶ相コイル１２が巻回されている。突起部２４にはＷ相コイル１４が巻回されている。
【００２７】
そして突起部２０の表面に設けられた窪みにはセンサＳＵが配置される。また突起部２２の表面に設けられた窪みにはセンサＳＶが配置される。同様に突起部２４の表面に設けられた窪みにはセンサＳＷが配置される。センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷは磁界センサであり、磁界の変化を観測することにより、それぞれＵ相コイル１０，Ｖ相コイル１２，Ｗ相コイル１４に流れる電流を検知することができる。
【００２８】
ステータ５の内部の空洞にはロータ８が収容されている。ロータ８はたとえば電磁鋼板が積層されて形成され、この電磁鋼板に設けられた８個の空洞に永久磁石７が挿入されている。
【００２９】
Ｕ相コイル１０，Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１４に３相交流が加えられることにより、各コイルと永久磁石７との間に生ずる力によってロータ８はシャフト９の中心を回転軸として回転する。
【００３０】
なお、回転電機６はモータである場合を説明したが、ロータが外力によって回転されることによってステータのコイルに電気を発生させるジェネレータであってもよい。
【００３１】
図３は、図２におけるＵ相コイル１０とステータ６との関係を説明するための図である。
【００３２】
図３を参照して、ステータ６は、たとえば電磁鋼板が積層されて形成される。この電磁鋼板には突起が設けられている。電磁鋼板の突起が集積されて形成されたほぼ直方体の形状の突起部２０に対して予め巻回されていたコイル１０が嵌め込まれる。
【００３３】
コイル１０は、突起部２０に嵌めこまれた後に樹脂モールドや抜け防止のリングによってステータ６に固定される。
【００３４】
突起部２０の表面の中央部分に窪みが設けられそこに磁界センサＳＵが設けられる。積層する電磁鋼板の一部をセンサの深さに合せて切込みを設けておけば、このような窪みは容易に形成できる。
【００３５】
なお、同様にＶ相コイル１２、Ｗ相コイル１４も突起部２２，２４にそれぞれ取付けられており、突起部表面の窪みにセンサＳＶ，ＳＷが取付けられている。
【００３６】
図４は、コイルに流れる電流とステータコアの磁界の関係を説明するための図である。
【００３７】
図４を参照して、電流ｉがコイル１０に流れると、コイル１０の中央部分の鉄心であるステータの突起部２０には矢印で図示する励磁界方向の磁界が発生する。この鉄心部分にセンサＳＵを配置してやることによりモータコアの作る磁界を検知する。電流ｉの大きさに応じて磁界の強度は変化するので、磁界センサＳＵの出力から電流ｉの大きさが判明する。したがって、モータ電流を算出することができモータの制御に用いることができる。
【００３８】
磁界センサＳＵは、たとえばホールセンサでも良いが、小型かつ高感度のＭＩセンサ、ＭＲセンサなども用いることができる。
【００３９】
従来のホールＩＣを用いた電流センサは、センサ自身に集磁束するためのコアを有していた。しかし、センサ専用の集磁束コアを設けると、モータを小型化する妨げになる。しかし、磁界センサを集磁コアなしでそのまま使用しようとすると、他からの磁界干渉が発生する。
【００４０】
またＭＩセンサなどの磁界センサは高感度であるため、位置によって測定値が異なってくる。このためばらつきのない安定したモータ制御を行なうためには、磁界センサの正確な位置決めが必要となる。
【００４１】
このように、感度のよい磁界センサを集磁コアなしで直接使用しようとすると考慮しなければならない点が出てくる。
【００４２】
実施の形態１では、センサのためだけのコアは設けず、モータコアをセンサ用コアとしても用いる。磁界センサの位置は、表面に貼り付けてもよいし、孔を設けて埋込んでもよい。なお、他からの磁界干渉を防ぐためには、孔または窪みを設けて埋込むほうが望ましい。
【００４３】
図５は、図４におけるセンサＳＵ付近の突起部２０の断面を示した図である。
【００４４】
図５を参照して、突起部２０には磁界センサＳＵを埋込むことの可能な孔が設けられている。孔は、電磁鋼板の一部に切り込みを入れておくことにより簡単に形成できる。
【００４５】
これにより、モータコアの電磁鋼板で磁界センサの周囲が囲まれ、電磁遮蔽効果により他の部分からの磁気干渉を防ぐことができる。そして周囲の電磁鋼板によって、均一な磁束が得られ、より強力な磁界を得ることができる。
【００４６】
なお、センサの埋め込み位置は表面近傍でもコアの深部にしても良いが、深部にすると電磁鋼板の切取り部分が多くなり、磁力低下の原因となるので、好ましくは表面近傍がよい。
【００４７】
以上説明したように、実施の形態１の回転電機は、電流センサのための特別な集磁コアを持つことなく、強力な起磁方向性を持つ高密度の磁束を測定することが可能となる。これにより高精度な電流検出とモータの小型化を両立させることができる。
【００４８】
［実施の形態２］
図６は、実施の形態２における磁界センサ埋設部分を説明するための図である。
【００４９】
図６を参照して、実施の形態２においては、磁界センサは樹脂３０によってモールドされる。この樹脂３０は、プリント配線基板３４上に配置されたベアチップ３２および配線３６に対する封止材としての役割と、磁界センサを突起部２０に固定する役割とを兼用することが可能となる。これにより磁界センサの位置決めが可能となり、また磁界センサの封止工程を省略することができる。
【００５０】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３における磁界センサ付近の断面図である。
【００５１】
図７を参照して、突起部２０に設けられた穴の壁面にはたとえばパーマロイなどの磁気遮蔽材４０が設けられ、その間に磁界センサＳＵが設けられている。これにより、励磁界方向の磁束は検出するが、励磁界方向と一致しない磁束、すなわち励磁界方向に交差する磁束は遮断され、磁気干渉やノイズ等をカットすることができる。
【００５２】
したがって、磁界センサの位置決めが可能となることに加えて、電流検出の精度を向上させることができる。
【００５３】
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４における磁界センサの取付け構造を説明するための図である。
【００５４】
図８を参照して、ステータの突起部５０にはセンサを収容するための窪みが設けられ、その底部にはセンサＳＵＡと嵌合するための突起が設けられている。これに対応してセンサＳＵＡの底部にはこの小突起と噛み合う窪みが設けられている。このようにすることによって取付けが簡便に行なえ、位置決めが可能となり、さらに位置決めの精度を向上させることができる。その結果、電流測定精度を向上させることができる。
【００５５】
［実施の形態５］
図９は、実施の形態５における磁界センサの取付け構造を説明するための図である。
【００５６】
図９を参照して、ステータの突起部６０には磁界センサを収容する窪みが設けられ、この窪みの底部には磁界センサＳＵＢと噛み合うロック機構が設けられている。このロック機構は、センサを一旦はめ込むと、容易に脱落しにくい形状となっている。
【００５７】
つまり、嵌め合わせられることにより磁界センサのステータコアに対する位置が決定し、一旦嵌め合せられると取り外す際抵抗が生ずるような形状を有する嵌合部がセンサおよびステータの突起部に設けられる。
【００５８】
これにより、位置決めが可能となるとともにセンサ取付けのさらなる簡便化が図られる。その結果、位置決め精度が向上され電流測定精度を向上させることができるとともに、モータ組立てが簡単になる。
【００５９】
［実施の形態６］
図１０は、実施の形態６におけるセンサ取付け部分を説明するための図である。
【００６０】
図１０を参照して、ステータの突起部７０にはセンサＳＵを収容する窪みが設けられている。この窪みの形状は、開口部である上部が窪みの底部よりも狭くなっている構造である。このような形状は磁気が回り込んだ場合の干渉の低減が期待できる。
【００６１】
すなわち、センサを挿入している穴の中に磁気が侵入した場合、磁気の反射や内壁の磁化が発生した場合にそこからの影響はセンサに対して斜めになっている方が少ないと考えられるからである。このためノイズがカットされて電流測定精度が向上する。
【００６２】
［実施の形態７］
実施の形態１〜６では、ステータの突起部にセンサを収容し位置決めに便利な窪みを設ける場合について示したが、センサの位置決めおよびノイズ低減のためであれば他の構造も考えられる。
【００６３】
図１１は、実施の形態７におけるセンサ取付け部分を説明するための図である。
【００６４】
図１１を参照して、ステータの突起部８０には磁気センサを収容するために磁気センサＳＵの両側に位置する突起９０が設けられる。電磁鋼板の一部に突起９０を設け、その上下の電磁鋼板にセンサＳＵを覆うような形状の突起を設けておけば、ステータの突起部にセンサを取り囲む壁ができる。
【００６５】
これにより、窪みがステータコア部から突出する小突起に設けられ、これに磁気センサが収容される。
【００６６】
このようにすることによって、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の回転電機が適用される回転電機応用システム１の構成を示したブロック図である。
【図２】回転軸に垂直な回転電機６の断面を示した図である。
【図３】図２におけるＵ相コイル１０とステータ６との関係を説明するための図である。
【図４】コイルに流れる電流とステータコアの磁界の関係を説明するための図である。
【図５】図４におけるセンサＳＵ付近の突起部２０の断面を示した図である。
【図６】実施の形態２における磁界センサ埋設部分を説明するための図である。
【図７】実施の形態３における磁界センサ付近の断面図である。
【図８】実施の形態４における磁界センサの取付け構造を説明するための図である。
【図９】実施の形態５における磁界センサの取付け構造を説明するための図である。
【図１０】実施の形態６におけるセンサ取付け部分を説明するための図である。
【図１１】実施の形態７におけるセンサ取付け部分を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  回転電機応用システム、２  ＤＣ電源、３  制御装置、４  インバータ、５  ステータ、６  回転電機、７  永久磁石、８  ロータ、９  シャフト、１０  Ｕ相コイル、１２  Ｖ相コイル、１４  Ｗ相コイル、２０，２２，２４，５０，６０，７０，８０，９０  突起部、３０  樹脂、３２  ベアチップ、３４  プリント配線基板、３６  配線、４０  磁気遮蔽材、ＳＵ，ＳＶ，ＳＷ，ＳＵＡ，ＳＵＢ  センサ。
【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】
2006074940.tif 000009
【図８】
2006074940.tif 000010
【図９】
2006074940.tif 000011
【図１０】
2006074940.tif 000012
【図１１】
2006074940.tif 000013