(57)【要約】【課題】漏れ磁束による回転角度検出器への影響を可及的に低減し、より高精度な回転角度検出を行える車両用回転電機を提供することを目的とする。【解決手段】回転軸７にロータコア１２が嵌着され、このロータコア１２の外方にはこれと同心にステータコア２４が配置され、また、回転軸７の軸端部には回転角度検出器としてのレゾルバ３１が配置されている車両用回転電機において、回転軸７自体を非磁性体とすることにより磁束遮断手段が構成されていることを特徴とする。【選択図】        図１
2004159450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、上記回転軸自体を非磁性体からなる磁束遮断手段として構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、上記回転軸の回転角度検出器を構成するロータ側の取付箇所の部分から軸端までの部分を回転軸に代えて非磁性体からなる軸状の磁束遮断手段により構成し、この磁束遮断手段を上記回転軸に圧入あるいは溶接により一体化したことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、上記回転角度検出器を構成するロータ側部材の一部を非磁性体からなる磁束遮断手段として構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項４】
上記ロータコアと回転角度検出器との間に高透磁性の磁気バイパス部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
【請求項５】
上記回転角度検出器は、レゾルバであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角度検出器を有する車両用回転電機に係り、特には回転角度検出器の回転角度検出精度を高めるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両用回転電機は、エンジン始動時には同期電動機として、エンジン稼働中は交流発電機として使用される。特に、エンジン始動時に同期電動機として使用する場合、ステータコアやロータコアに巻装された各界磁コイルへの通電タイミングを制御する必要があることから、従来よりロータコアが嵌着される回転軸の一方の軸端部側に回転角度検出器を配置して回転角度を検出するようにしている。
【０００３】
ところで、この種の車両用回転電機において、上記の回転角度検出器として磁気式のものやレゾルバを使用する場合、ロータコアに巻装されたロータコイルへの通電により回転軸が磁化され、その結果、回転軸を通じて流れる漏れ磁束によって回転角度検出器の検出精度が影響を受けやすい。
【０００４】
そこで、従来技術では、磁気式の回転角度検出器を軸方向に沿って前後に挟む状態で高透磁性の磁気バイパス部材を径方向外方に張り出すように設け、回転軸を通じて流れる漏れ磁束をこれらの磁気バイパス部材でバイパスさせることにより、回転角度検出器を構成するホール素子と永久磁石との間を漏れ磁束が通過しないようにした構成のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載されている構成にすれば、磁気式の回転角度検出装置を構成するホール素子と永久磁石との間を通過する漏れ磁束が低減されるため、回転角度検出器の検出精度をある程度高めることが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７１７２３号公報（第１−６頁、図１−図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来のものは、次の点で未だ改良の余地がある。
【０００８】
（１）  高透磁性の磁気バイパス部材を別途取り付ける必要があるため、部品点数が増加するとともに、全体構成が複雑化する。
【０００９】
（２）  磁気式の回転角度検出器を挟む前後の磁気バイパス部材の内、ロータコア側に近接した内側の磁気バイパス部材は、ハウジングの側壁に固定されているので、回転軸との間に隙間が形成されている。また、回転軸の軸端に固定された外側の磁気バイパス部材は、非磁性体からなるリテーナに取り付けられている。そのため、磁気バイパス部材によって漏れ磁束をバイパスさせる効果が未だ不十分で、回転角度検出器の検出精度を高めるのに限界がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、漏れ磁束による回転角度検出器への影響を可及的に低減し、より高精度な回転角度検出を行える車両用回転電機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端部側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、次の構成を採用している。
【００１２】
すなわち、第１の発明では、上記回転軸自体を非磁性体からなる磁束遮断手段として構成したことを特徴としている。
【００１３】
第２の発明では、上記回転軸の回転角度検出器を構成するロータ側の取付箇所の部分から軸端までの部分を回転軸に代えて非磁性体からなる軸状の磁束遮断手段により構成し、この磁束遮断手段を上記回転軸に圧入あるいは溶接により一体化したことを特徴としている。
【００１４】
第３の発明では、上記回転角度検出器を構成するロータ側部材の一部を非磁性体からなる磁束遮断手段として構成したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の構成を示す縦断面図である。
【００１６】
図１において、１は車両用回転電機の全体を示し、２はハウジングで、左右一対のブラケット３，４をねじ５で固定して構成されている。各ブラケット３，４には、図外の車体への取付穴３ａ，４ａや内部冷却用の通気孔３ｂ，３ｃ，３ｄ、４ｂ，４ｃが形成されている。また、図中左側のブラケット３の側部には筒状のフード部３ｆが突設されるとともに、このフード部３ｆの内方にセンサ取付部３ｅが形成されている。
【００１７】
７は回転軸、８，９は回転軸７をハウジング２に回転自在に支持する軸受けで、これらの各軸受け８，９はブラケット３，４に個別に取り付けられている。１０は図示しないタイミングベルトが懸架されるプーリ、１１はプーリ１０を回転軸７に固定するためのナット、１２は回転軸７に嵌着されたロータコア、１３はロータコア１２に巻装されたロータコイルである。
【００１８】
ロータコア１２は、左右一対のコア部材１６，１７を一体に接合してなり、各々のコア部材１６，１７は、ロータコイル１３が巻回されたボビン１３ａが収容される筒状部１６ａ，１７ａからロータコイル１３の上を覆って互いに交差する位置まで爪形磁極部１６ｂ，１７ｂがそれぞれ延設されてなる。このため、左右の各爪形磁極部１６ｂ，１７ｂは、周方向に沿って所定の間隔を存して互い違いに一定ピッチで配列された形状になっている。なお、１８，１９は各コア部材１６，１７の外側面に取り付けられた冷却ファンである。
【００１９】
２２は回転軸７に嵌着されたスリップリングで、このスリップリング２２はロータコイル１３に電線２３を介して電気的に接続されている。したがって、ロータコイル１３に界磁電流が流れると、ロータコア１２を構成するコア部材１６，１７の各爪形磁極部１６ｂ，１７ｂが周方向に沿って交互に正負の極性が変化するように磁化される。
【００２０】
２４はロータコア１２の外方にこれと同心状に配置されてハウジング２に固定されたステータコア、２５はステータコア２４に巻装されたステータコイル、２６はスリップリング２２に接触するブラシ、２７は図外の３相インバータ回路に接続するための端子台、２８は配線基板である。そして、端子台２７は配線基板２８および図示しない電線を介してステータコイル２５に電気的に接続されている。以上の構成自体は既に公知であり、詳細な説明は省略する。
【００２１】
上記回転軸７のプーリ１０の取付位置とは反対側の軸端部には回転角度検出器としてのレゾルバ３１が配置されている。このレゾルバ３１は、回転軸７の軸端部にレゾルバロータ３２がねじ３３で固定され、また、一方のブラケット３のセンサ取付部３ｅの内周部にレゾルバステータ３４がねじ３７で固定され、このレゾルバステータ３４にレゾルバコイル３５が巻装されて構成されている。このようなレゾルバ３１は、比較的簡単な構成であるにもかかわらず機械的振動等の影響を受け難く、回転角度を精度良く検出できる利点がある。なお、３６はレゾルバコイル３５に接続された信号入出力用の電線、３９はブラケット３のフード部３ｆ開口端面に取り付けられた保護カバーである。
【００２２】
この実施の形態１の特徴は、ロータコア１２に巻装されたロータコイル１３への通電により生じる磁界がレゾルバ３１に向かう磁路の途中に磁束遮断手段が設けられていることである。特に、この実施の形態１において、磁束遮断手段は、上記の回転軸７自体を非磁性体とすることにより構成されている。この場合、回転軸７を非磁性体とするためにオーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。ただし、このようなオーステナイト系ステンレス鋼に限らず、非磁性体のものであれば他の材料を使用することもできる。
【００２３】
回転軸７が鋼鉄のような磁性体でできていると、ロータコイル１３への通電により回転軸７が磁化され、その結果、図１中の符号Ａで示すように、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束がレゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れてレゾルバ３１の回転角度検出精度が悪くなる。
【００２４】
これに対して、この実施の形態１では、回転軸７自体を非磁性体で構成しているので、ロータコイル１３への通電が行われた場合でも、回転軸７が磁化されないために漏れ磁束は図１中の符号Ｂで示すような経路で流れ、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束は非常に少なくなる。したがって、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。また、回転軸７自体を磁束遮断手段としているので、部品点数が増加せず、極めて簡単な構成によって実現することができる。
【００２５】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図であり、図１に示した構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００２６】
この実施の形態２における車両用回転電機の特徴は、回転軸７の一端側のレゾルバロータ３２が装着される部分を回転軸７に代えて非磁性体からなる軸状の軸部材４０で構成し、この軸部材４０を磁束遮断手段としている。そして、この非磁性体の軸部材４０の凸部を回転軸７の凹部に嵌着することで両者が一体化されている。一体化の手法としてはたとえば圧入や溶接が適用される。そして、この軸部材４０にレゾルバロータ３２がねじ３３で固定されている。
【００２７】
ここで、上記の回転軸７は鋼鉄などの高強度部材が使用されているが、軸部材４０やねじ３３はオーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。ただし、このようなオーステナイト系ステンレス鋼に限らず、非磁性体のものであれば他の材料を使用することもできる。
なお、その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００２８】
このように、この実施の形態２では、回転軸７に一体固定されて回転軸７の一部となる軸部材４０が非磁性体で構成されているので、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束は軸部材４０によって阻止される。したがって、漏れ磁束は図２中の符号Ｃで示すように流れて、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束は非常に少なくなる。このため、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。
【００２９】
また、回転軸７の一端に非磁性体の軸部材４０を圧入や溶接によって一体接合するだけで磁束遮断手段を構成できるため、殆ど部品点数を増加させることなく、簡単な構成で実現することができる。しかも、始動時や発電時に負荷がかかる回転軸７は鋼鉄などの高強度部材で構成されているため、回転軸７の強度が確保される。
【００３０】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の要部を示すもので、図１に示した構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００３１】
この実施の形態３における車両用回転電機の特徴は、回転軸７に装着されるレゾルバロータ３２が非磁性の筒体４１の上に積層コア４２を嵌着して構成されており、この筒体４１が磁束遮断手段とされる。筒体４１と積層コア４２とを一体化する手法としては、たとえば圧入や溶接等が適用される。
【００３２】
ここで、回転軸７は鋼鉄などの高強度部材が使用されているが、上記の筒体４１はオーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。ただし、このようなオーステナイト系ステンレス鋼に限らず、非磁性体のものであれば他の材料を使用することもできる。
なお、その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３３】
このように、この実施の形態３では、レゾルバロータ３２の一部を構成する筒体４１を非磁性体で構成しているので、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束は非磁性の筒体４１によって阻止される。したがって、漏れ磁束は図３（ａ）中の符号Ｄで示すように流れて、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束は非常に少なくなる。このため、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。
【００３４】
また、非磁性体の筒体４１の上に積層コア４２を嵌着するだけでレゾルバロータ３２が構成されるため、殆ど部品点数を増加させることなく、簡単な構成で実現することができる。しかも、始動時や発電時に負荷がかかる回転軸７は鋼鉄などの高強度部材で構成されているため、回転軸７の強度が確保される。
【００３５】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図であり、図１に示した構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００３６】
この実施の形態４における車両用回転電機の特徴は、回転軸７の一端側のレゾルバロータ３２が装着される部分が回転軸７に代えて非磁性体からなる軸部材４０で構成されていており、この軸部材４０が磁束遮断手段とされる。そして、非磁性体の軸部材４０の凹部を回転軸７の凸部に嵌着することで両者が一体化されている。一体化の手法としてはたとえば圧入や溶接が適用される。そして、軸部材４０にレゾルバロータ３２がねじ３３で固定されている。
【００３７】
ここで、上記の回転軸７は鋼鉄などの高強度部材が使用されているが、軸部材４０やねじ３３はオーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。ただし、このようなオーステナイト系ステンレス鋼に限らず、非磁性体のものであれば他の材料を使用することもできる。
【００３８】
さらに、この実施の形態４では、軸受け８とレゾルバ３１との間に位置する回転軸７の外周部に軟鉄材等の高透磁性体でできたリング状の磁気バイパス部材４３が圧入等により嵌着されて回転軸７と一体化されている。
なお、その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３９】
このように、この実施の形態４では、ロータコア１２とレゾルバ３１との間に回転軸７と一体化された磁気バイパス部材４３を設けているので、図４中符号Ｅで示すように、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の多くはこの磁気バイパス部材４３を通じて径方向外方に向かいステータコア２４に流れる。
【００４０】
また、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の一部がレゾルバ３１に向かったとしても、レゾルバロータ３２が装着される箇所の軸部材４０が非磁性体で構成されているので、漏れ磁束はこの軸部材４０によって阻止される。
【００４１】
したがって、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束は非常に少なくなり、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、実施の形態２の場合よりも一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。しかも、始動時や発電時に負荷がかかる回転軸７は鋼鉄などの高強度部材で構成されているため、回転軸７の強度が確保される。
【００４２】
実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図であり、図１に示した構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００４３】
この実施の形態５における車両用回転電機は、軸受け８により回転自在に支持された回転軸７の図示しないプーリの取付位置とは反対側の軸端部に磁気式の回転角度検出器５１が設けられている。
【００４４】
また、上記の回転軸７の一端側には凸部が形成される一方、非磁性体からなる軸部材４０に凹部が形成され、この軸部材４０の凹部が回転軸７の凸部に圧入または溶接により両者７，４０が一体固定されており、この軸部材４０が磁束遮断手段とされる。
【００４５】
ここで、回転軸７は鋼鉄などの高強度部材が使用されているが、軸部材４０はオーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。ただし、このようなオーステナイト系ステンレス鋼に限らず、非磁性体のものであれば他の材料を使用することもできる。
【００４６】
軸部材４０の外周にはスリップリング２２が嵌着されている。このスリップリング２２は、樹脂でできた筒状部材４６の外周にリング状をした左右一対の電極４７が形成されてなり、各電極４７にブラシ２６が接触している。そして、各電極４７は電線２３を介してロータコイルに電気的に接続されている。
【００４７】
さらに、軸受け８とスリップリング２２との間に位置する回転軸７の外周部には軟鉄材等の高透磁性体でできたリング状の第１バイパス部材４８が圧入等により嵌着されている。
【００４８】
上記の磁気式の回転角度検出器５１は、永久磁石５２、ホール素子５３、配線基板５４、第２、第３の磁気バイパス部材５５，５６、リテーナ５７を備えている。
【００４９】
そして、上記の軸部材４０の端部にリテーナ５７がボルト６０で固定され、このリテーナ５７にリング状の第２磁気バイパス部材５５が一体固定されて、さらに、この第２磁気バイパス部材５５に永久磁石５２が取り付けられている。一方、ハウジング２には第３バイパス部材５６と配線基板５４とが共にねじ６１で固定され、配線基板５４上にホール素子５３が取り付けられている。
【００５０】
上記の第２、第３の磁気バイパス部材５５，５６としては、軟鉄材等の高透磁性体が使用されており、また、リテーナ５７としては、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性体が使用されている。
【００５１】
このように、この実施の形態５では、軸受け８とスリップリング２２との間に位置する回転軸７の外周部に高透磁性体でできた第１磁気バイパス部材４８が一体的に設けられているので、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の多くはこの第１磁気バイパス部材４８を通じて径方向外方に向かいステータコア２４に流れる。
【００５２】
また、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の一部が磁気式の回転角度検出器５１に向かったとしても、軸部材４０が非磁性体で構成されているので、漏れ磁束はこの軸部材４０によって阻止される。
【００５３】
さらに、非磁性体の軸部材４０で遮断しきれない残りの漏れ磁束は第２，第３の磁気バイパス部材５５，５６をバイパスして流れる。このため、回転軸７から回転角度検出器５１を構成するホール素子５３と永久磁石５２との間を通過して流れる漏れ磁束は非常に少なくなる。
【００５４】
したがって、磁気式回転角度検出器５１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、従来よりも一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。しかも、始動時や発電時に負荷がかかる回転軸７は鋼鉄などの高強度部材で構成されているため、回転軸７の強度が確保される。
【００５５】
また、回転軸７の一端に非磁性体の軸部材４０を圧入や溶接によって一体接合するだけで磁束遮断手段を構成できるため、殆ど部品点数を増加させることなく、簡単な構成で実現することができる。
【００５６】
なお、本発明は、上記の実施の形態１〜５で説明した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、上記ロータコアに巻装されたロータコイルへの通電により生じる磁界が回転角度検出器に向かう磁路の途中に磁束遮断手段を設けたので、この磁束遮断手段によって、回転軸から回転角度検出器を通過する漏れ磁束が非常に少なくなる。このため、回転角度検出器への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。しかも、従来のものと殆ど部品点数を増加させることなく非磁性体の磁束遮断手段を構成できるため、安価かつ容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の要部を示すもので、同図（ａ）はその縦断面図、同図（ｂ）はレゾルバロータの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  車両用回転電機、７  回転軸（磁束遮断手段）、１２  ロータコア、１３ロータコイル、２４  ステータコア、２５  ステータコイル、３１  レゾルバ（回転角度検出器）、４０  軸部材（磁束遮断手段）、４１  筒体（磁束遮断手段）、４３  磁気バイパス部材、４８  第１磁気バイパス部材、５１  磁気式の回転角度検出器。
【図１】
2004159450.tif 000003
【図２】
2004159450.tif 000004
【図３】
2004159450.tif 000005
【図４】
2004159450.tif 000006
【図５】
2004159450.tif 000007