(57)【要約】【課題】回転電機において、簡単な構成で、本来のモータ・ジェネレータとして用いることも、中性点を介して充電する中性点接続用として用いることもできるようにすることである。【解決手段】回転電機システム１０は、回転電機１２と複数のプラグ３０とを含んで構成される。複数のプラグ３０のうち、電気的に短絡されている３つの挿入穴を有するケーブル無プラグ３２を回転電機１２と組み合わせることで回転電機１２を本来のモータ・ジェネレータとして用いることができる。また、短絡プラグ３６と接続ケーブル３８と外部端子４０を有する外部接続ケーブル付プラグ３４を回転電機１２と組み合わせることで中性点を介して充電する中性点接続用として回転電機１２を用いることができる。【選択図】図１
2008306852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに回転子と共に収納され各相コイルが巻回される固定子を有する回転電機であって、各相コイルの中性点側の片側端子がそれぞれ分離され、ケースの外部に接続部として露出している固定子を有する回転電機と、
回転電機の固定子の接続部を構成する各相コイルの片側端子のそれぞれに対応する複数の接続端子を有し、各接続端子が相互に短絡されている複数種類のプラグと、
を備え、
複数種類のプラグの中のいずれを回転電機の固定子の接続部に接続するかによって、製品機能を複数種類に変更することを特徴とする回転電機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機システムにおいて、
複数種類のプラグは、
短絡された各接続端子を一方端とし、他方端に外部端子を有するケーブルを有する外部接続ケーブル付プラグと、
短絡された各接続端子を外部から絶縁保護するケーブル無プラグと、
を含むことを特徴とする回転電機システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転電機システムは、車両に搭載され、車両を駆動する走行用モータ・ジェネレータであることを特徴とする回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機システムに係り、特に複数相の回転電機を用いる回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、電力を供給することでモータとして機能するが、一方で出力軸を外力によって回転することで発電機として機能する。例えば、車両に搭載される回転電機は、電源回路から電力を供給することで駆動モータとして用いられ、一方で制動時には発電機として機能させて回生エネルギを回収し電源回路に戻して電池を充電するものとできる。
【０００３】
このように回転電機はモータとしての機能と発電機としての機能を有するので、外部の負荷に接続して電力を供給する電力源として利用でき、一方で外部の電源から電力の供給を受けて回転電機に接続される電源回路を充電することができる。例えば、回転電機の中性点を介して外部負荷あるいは外部電源と接続し、充放電を行わせることができる。このような回転電機の用い方を、中性点を介して充放電する中性点接続用途と呼ぶことができる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、電気自動車の車載充電装置として、２個の駆動モータの各中性点にそれぞれ商用電源の２端子をそれぞれ接続し、駆動モータのコイルをリアクトルとして使用し、バッテリに充電する場合に、３相のコイルにそれぞれ等しい電流が流れるようにインバータ回路を制御することが開示されている。ここでは、各中性点と商用電源との間に漏電ブレーカが設けられ、漏電ブレーカが開放のときは駆動モータとして用いることができ、商用電源から充電するときには漏電ブレーカを閉じることが述べられている。
【０００５】
また、本発明に関連する技術として、特許文献２には、回転電機において、組み立て完了後等において各相コイルの特性試験を行うことができる構造が開示されている。ここでは、回転電機のケースにアクセス開口部が形成され、その内部に、Ｕ相コイル端子、Ｖ相コイル端子、Ｗ相コイル端子がそれぞれ相互に絶縁状態で分離配置され、回転電機の使用時にはアクセス開口部に短絡プラグを挿入して、各コイル端子を相互に短絡させて中性点を形成し、各相コイルの特性試験を行うときは各相コイルを分離すると共にケースから露出させて個々に試験を行うことが述べられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１２６１２１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
中性点を介して充放電する中性点接続用としても用いることができる回転電機は、上記のように外部負荷に電力を供給することができ、一方で回転電機の電源回路に含まれる充電器に外部の電源から充電電力の供給を受けることができる。特許文献１には、２個の駆動モータのそれぞれの中性点を利用して充放電することが開示されているが、漏電ブレーカを設けることが必要である。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な構成で、回転電機を、本来のモータ・ジェネレータとして用いることも、中性点を介して充放電する中性点接続用としても用いることもできる回転電機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】
【０００９】
本発明に係る回転電機システムは、ケースに回転子と共に収納され各相コイルが巻回される固定子を有する回転電機であって、各相コイルの中性点側の片側端子がそれぞれ分離され、ケースの外部に接続部として露出している固定子を有する回転電機と、回転電機の固定子の接続部を構成する各相コイルの片側端子のそれぞれに対応する複数の接続端子を有し、各接続端子が相互に短絡されている複数種類のプラグと、を備え、複数種類のプラグの中のいずれを回転電機の固定子の接続部に接続するかによって、製品機能を複数種類に変更することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機システムにおいて、複数種類のプラグは、短絡された各接続端子を一方端とし、他方端に外部端子を有するケーブルを有する外部接続ケーブル付プラグと、短絡された各接続端子を外部から絶縁保護するケーブル無プラグと、を含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機システムは、車両に搭載され、車両を駆動する走行用モータ・ジェネレータであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、回転電機システムは、固定子において各相コイルの中性点側の片側端子がそれぞれ分離されてケースの外部に接続部として露出する回転電機と、回転電機の接続部に対応して各片側端子を短絡する複数種類のプラグを備える。そして、複数種類のプラグの中のいずれを回転電機の固定子の接続部に接続するかによって、製品機能を複数種類に変更する。したがって、複数種類のプラグの内容に応じて、回転電機を本来のモータ・ジェネレータとして用いることも、中性点を介して充放電する中性点接続用として用いることも可能となる。
【００１３】
また、回転電機システムにおいて、複数種類のプラグは、短絡された各接続端子を一方端とし、他方端に外部端子を有するケーブルを有する外部接続ケーブル付プラグと、短絡された各接続端子を外部から絶縁保護するケーブル無プラグとを含む。外部接続ケーブル付プラグを用いるときは、中性点を介して充放電する中性点接続用として回転電機を用いることができ、ケーブル無プラグを用いるときは、本来のモータ・ジェネレータとして回転電機を用いることができる。なお、いずれのプラグも用いないときは、回転電機の各相コイルの特性測定を行うことができる。
【００１４】
また、回転電機システムは、車両に搭載され車両を駆動する走行用モータ・ジェネレータであるので、任意の場所に移動して外部負荷に電力を供給することができ、また、任意の場所の商用電源から充電電力の供給を受けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお以下では、回転電機として、車両に搭載され、車両を駆動する走行用モータ・ジェネレータを説明するが、モータとしての機能と発電機としての機能を有するものであれば、車両搭載用以外の用途に用いられるモータ・ジェネレータであってもよい。また、以下では、三相同期型モータ・ジェネレータを説明するが、三相以外の多相回転電機であってもよい。また、以下では、固定子に多相コイルが巻回されるものとして説明するが、回転子に多相コイルが巻回される構成であってもよい。また、回転電機が中性点接続用として用いられるときの相手側として、商用電源を説明するが、これはモータ・ジェネレータに接続される電源回路に充電を行う例であって、商用電源以外の交流電源であってもよい。また、回転電機が中性点接続用として用いられるときの相手方として電力を消費する外部負荷としてもよく、この場合には、モータ・ジェネレータから外部負荷に電力を供給することになる。
【００１６】
図１は、多機能用の回転電機システム１０の構成を示す図で、図１（ａ）は回転電機システム１０を構成する回転電機１２の側面図、（ｂ）は回転電機システム１０を構成する回転電機１２と複数種類のプラグ３０を示す図で、回転電機１２は一部断面の平面図として示されている。
【００１７】
回転電機システム１０は、三相同期型のモータ・ジェネレータである回転電機１２と、これに組み合わされる複数のプラグ３０とを含んで構成される。
【００１８】
回転電機１２は、車両に搭載され、車両を駆動する走行用のモータ・ジェネレータで、固定子１６と回転子２４とを含んで構成される。ここで固定子１６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイル１８がステータコアに巻回されており、図１の例では、３相１２極のステータである。なお、固定子１６は、適当な樹脂によって一体化モールド成形されていることが好ましい。回転子２４は、固定子１６と同心に配置され、永久磁石が外周に配置される永久磁石型ロータである。
【００１９】
固定子１６における端子台２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイル１８の電源回路接続側の片側端子を集めたものである。固定子１６における各相コイル１８は、固定子１６の外周側に沿って配置される複数の相互に絶縁されたバスバーにそれぞれ接続される。そして、Ｕ相用のバスバーが端子台２０のＵ相端子に接続され、同様にＶ相用バスバーが端子台２０のＶ相端子に接続され、Ｖ相用バスバーが端子台２０のＶ相端子に接続される。端子台２０の各相端子は、図３で詳述する電源回路５０の各相出力端子にそれぞれ接続される。固定子１６が一体化モールド成形される場合は、端子台２０も固定子１６のモールド体の一部を構成することになる。
【００２０】
固定子１６における接続部２２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイル１８の中性点側の片側端子をそれぞれ分離した状態で引き出し回転電機１２のケース１４の外側に露出させたものである。端子台２０におけると同様に、複数のバスバーを用いて、各相コイル１８の中性点側の端子が接続部２２に引き出される。接続部２２は、具体的には、３つの中性点端子がそれぞれ分離された接続ピンであり、回転電機１２のケース１４の外表面に配置される。接続部２２には、複数のプラグ３０の中のいずれかのプラグを接続することができる。
【００２１】
複数のプラグ３０は、上記のように、回転電機システム１０の構成要素であって、接続部２２に接続されることで、回転電機システム１０を複数の機能に変更可能とする部品である。図１には、２つの種類のプラグが示されている。
【００２２】
１つは、ケーブル無プラグ３２で、電気的に短絡されている３つの挿入穴を有するプラグである。この３つの挿入穴の形状と相互の配置関係は、固定子１６の接続部２２における３つの接続ピンの形状と相互の配置関係に対応している。したがって、接続部２２にケーブル無プラグ３２をあてがって、３つの接続ピンに３つの挿入穴を対応させてはめ込むことで、固定子１６の各相の中性点を短絡することができる。
【００２３】
すなわち、ケーブル無プラグ３２は、３つの接続ピンを相互に電気的に短絡させる機能と、この電気的に短絡されている３つの挿入穴を保護して保持する機能とを有する部品である。かかるケーブル無プラグ３２は、導電体材料で形成されるメスコネクタ部品を、適当な絶縁性能を有する材料で一体化成形することで得ることができる。絶縁性能を有する材料としては、セラミックス、プラスチックを用いることができる。
【００２４】
図１で示されているもう１つのプラグは、外部接続ケーブル付プラグ３４である。外部接続ケーブル付プラグ３４は、短絡プラグ３６と、一端側が短絡プラグ３６の短絡部に接続され、他端側が外部端子４０に接続される接続ケーブル３８とを含んで構成されるケーブル付プラグである。
【００２５】
短絡プラグ３６はケーブル無プラグ３２とほぼ同様の構造を有しており、３つの挿入穴を短絡する短絡部が引き出されているところが異なる。引き出された短絡部は、上記のように接続ケーブル３８の導電線と接続される。接続ケーブル３８は、導電線とこれを被覆する被覆部を含んで構成され、電力を伝送することができる被覆ケーブルである。外部端子４０は、接続ケーブル３８の他端部に設けられるコネクタで、回転電機１２に電力を供給する外部商用電源と接続するための接続部である。
【００２６】
上記では、接続部２２を３つの接続ピン、複数のプラグ３０の方を３つの挿入穴として説明したが、勿論、これを逆の関係とし、接続部２２を３つの挿入穴、プラグ側を３つの接続ピンとしてもよい。
【００２７】
また、図１では、複数のプラグ３０として、ケーブル無プラグ３２、外部接続ケーブル付プラグ３４の２つが示されているが、これ以外に、３つの挿入穴を相互に絶縁分離したままの分離プラグ、外部端子４０の形状が異なる各種の外部接続ケーブル等を含むことができる。
【００２８】
図２は、端子台２０、各相コイル１８、接続部２２、ケーブル無プラグ３２、外部接続ケーブル付プラグ３４、外部商用電源８の関係を示す図である。ここに示されるように、各相コイル１８は、各相ごとに４つのコイルを有し、図示される接続がバスバーを用いて行われる。そして、対応するバスバーから、端子台２０の各端子、接続部２２の各端子に接続が行われている。
【００２９】
図３は、回転電機１２と、これに接続される電源回路５０及び整流回路６２の関係を説明する図である。以下では、図１、図２と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では図１、図２の符号を用いて説明する。
【００３０】
電源回路５０は、２次電池５２、低電圧側平滑コンデンサ５４、電圧変換器５６、高電圧側平滑コンデンサ５８、インバータ回路６０とを含んで構成される。電源回路５０は、モータ・ジェネレータである回転電機１２がモータとして機能するときには、２次電池５２の電力を電圧変換器５６、インバータ回路６０を介して回転電機１２に多相制御電力を供給し、またモータ・ジェネレータである回転電機１２が発電機として機能するときには、回転電機１２から回生エネルギを受けとって、インバータ回路６０、電圧変換器５６を介して２次電池５２を充電する機能を有する回路である。
【００３１】
２次電池５２は、リチウムイオン単電池を複数組み合わせ、またはニッケル水素単電池を複数組み合わせて、２００Ｖから４００Ｖ程度、例えば、約２８８Ｖの高電圧バッテリとした組電池である。低電圧側平滑コンデンサ５４は、２次電池５２の端子電圧を安定に平滑化する機能を有する容量素子である。
【００３２】
電圧変換器５６は、２次電池５２側の電圧から異なる電圧を作り出す回路で、たとえば、２次電池５２の電圧を昇圧してさらに高圧とし、インバータ回路６０に供給する機能を有する。例えば、インバータ回路６０及びモータ・ジェネレータである回転電機１２を約６００Ｖの高圧で作動させるものとするときは、電圧変換器５６は、２次電池５２の例えば約２８８Ｖの電圧と、この約６００Ｖの電圧との間の電圧変換を行う機能を有する。高電圧側平滑コンデンサ５８は、電圧変換器５６の高電圧を安定に平滑化する機能を有する容量素子である。
【００３３】
インバータ回路６０は、電圧変換器５６によって電圧変換され、高電圧側平滑コンデンサ５８によって平滑化された直流電力を、スイッチング素子等を用いて、３相駆動信号に変換する機能を有する回路である。なお、モータ・ジェネレータである回転電機１２が発電機として機能するときは、モータ・ジェネレータである回転電機１２からの３相回生電力を、スイッチング素子等を用いて直流電力に変換する機能を有する。
【００３４】
整流回路６２は、回転電機１２が外部接続ケーブル付プラグ３４を用いて外部商用電源８に接続されるとき、外部商用電源８のもう１つの端子と接続端子６４を用いて接続され、外部商用電源８とインバータ回路６０の間において整流を行うための回路である。整流回路６２は、具体的には、インバータ回路６０の正極側母線と負極側母線との間に直列に接続されるダイオードで構成することができる。外部商用電源８と接続される接続端子６４は、この２つのダイオードの接続点から引き出すことができる。
【００３５】
なお、整流回路６２は、回転電機１２が１つの場合において、外部接続ケーブル付プラグ３４を用いて外部商用電源８と接続される場合に必要であるが、後述するように、車両に搭載される回転電機が２つの場合で、インバータ回路がそれぞれの回転電機にそれぞれ設けられる構成のときには、必ずしも必要ではない。
【００３６】
かかる構成の回転電機の作用を図４から図７を用いて説明する。以下では、図１から図３と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では図１から図３の符号を用いて説明する。図４から図７は、複数のプラグを用いて、回転電機１２を複数の機能に変更する回転電機システム１０の例を説明する図である。
【００３７】
図４は、ケーブル無プラグ３２を回転電機１２と組み合わせた回転電機システム１０の場合である。このとき、回転電機１２は、各相コイル１８のそれぞれの中性点がケーブル無プラグ３２により相互に短絡されるので、本来の３相同期型のモータ・ジェネレータとして機能する。すなわち、電源回路５０と接続され、駆動時にはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する。
【００３８】
図５は、特別なプラグが組み合わされない回転電機システム１０の場合である。このとき、回転電機１２は、各相コイル１８のそれぞれの中性点が分離された状態となるので、各相コイル１８の間の絶縁抵抗特性等の測定を行うことができる。すなわち、検査状態の回転電機１２とすることができる。なお、特別なプラグを組み合わせない場合は、接続部２２は外部に露出することになるので、上記のように、３つの挿入穴を相互に分離したままの分離プラグを接続部に組み合わせることが望ましい。
【００３９】
図６は、外部接続ケーブル付プラグ３４を回転電機１２と組み合わせた回転電機システム１０の場合である。このとき、外部接続ケーブル付プラグ３４の他端部の外部端子４０は、交流電源９を含む外部商用電源８の一方側端子に接続される。外部商用電源８の他方側端子は、整流回路６２の接続端子６４に接続される。このとき、回転電機１２の各相コイル１８をリアクトルとして用い、外部商用電源８からの交流電力を、整流回路６２を介してインバータ回路６０に供給することができる。そしてインバータ回路６０を適切に制御することで、電圧変換器５６を介して２次電池５２を充電することができる。すなわち、回転電機システム１０は、外部接続ケーブル付プラグ３４によって、中性点を介して充電する中性点接続用として回転電機１２を用い、外部商用電源８から２次電池５２を充電することができる。
【００４０】
図７は、車両が２台の回転電機１２を搭載する場合に、それぞれの回転電機１２に外部接続ケーブル付プラグ３４をそれぞれ組み合わせた回転電機システム１０の例を示す図である。この場合には、それぞれの回転電機１２にそれぞれインバータ回路６０が接続されるので、整流回路６２を用いずに、各外部接続ケーブル付プラグ３４の外部端子４０がそれぞれ外部商用電源８の２つの端子に接続される。そして、２つのインバータ回路６０をそれぞれ適切に制御することで、電圧変換器５６を介して２次電池５２を充電することができる。すなわち、この回転電機システム１０においては、外部接続ケーブル付プラグ３４によって、中性点を介して充電する中性点接続用として回転電機１２を用い、外部商用電源８によって２次電池５２を充電することができる。
【００４１】
このように、回転電機システム１０は、回転電機１２の接続部２２に、複数のプラグ３０のうちの１つを組み合わせるという簡単な構成で、回転電機１２を、本来のモータ・ジェネレータとして用いることも、中性点を介して充電する中性点接続用として用いることも可能な多機能の回転電機システムである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る実施の形態における多機能用の回転電機システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、端子台、各相コイル、接続部、ケーブル無プラグ、外部接続ケーブル付プラグ、外部商用電源の関係を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、回転電機と、これに接続される電源回路及び整流回路の関係を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、回転電機を本来のモータ・ジェネレータとして用いる場合を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、回転電機を測定状態として用いる場合を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、中性点を介して充電する中性点接続用として回転電機を用いる場合を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、２台の回転電機について、中性点を介して充電する中性点接続用として用いる場合を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
８  外部商用電源、９  交流電源、１０  回転電機システム、１２  回転電機、１４  ケース、１６  固定子、１８  各相コイル、２０  端子台、２２  接続部、２４  回転子、３０  複数のプラグ、３２  ケーブル無プラグ、３４  外部接続ケーブル付プラグ、３６  短絡プラグ、３８  接続ケーブル、４０  外部端子、５０  電源回路、５２  ２次電池、５４  低電圧側平滑コンデンサ、５６  電圧変換器、５８  高電圧側平滑コンデンサ、６０  インバータ回路、６２  整流回路、６４  接続端子。
【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】
2008306852.tif 000007
【図６】
2008306852.tif 000008
【図７】
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