(57)【要約】【課題】回転電機の回転子のコイルの複数箇所の温度を測定するための信号用スリップリングの部品点数を抑え、信号用スリップリングに接触するブラシの摩耗を低減する。【解決手段】回転電機１０１は、第一コイル１２に取り付けられ、第一導線８１及び第二導線８３ａを有する第一サーミスタと、第一導線８２及び第二導線８３ｂを有する第二サーミスタ８６と、第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６に接続する信号用スリップリング７１と、信号用スリップリング７１に接触するブラシ５４ａ，５４ｂとを備え、第二導線８３ａ，８３ｂは共通導線８４に接続し、信号用スリップリング７１は、第一導線８１，８２に各々接続する第一分割体７１ａ及び第二分割体７１ｂと、共通導線８４に接続する第三分割体７１ｃとに分割される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子を一体回転可能に支持する回転シャフトと、
前記回転子に設けられる回転子コイルと、
前記回転子コイルに取り付けられるとともに、各々、第一導線及び第二導線を有する複数の温度検出手段と、
前記回転シャフトに一体回転可能に取り付けられるとともに、前記温度検出手段に電気的に接続する信号用スリップリングと、
前記信号用スリップリングに接触する一対のブラシとを備え、
前記複数の温度検出手段の前記第二導線は１つの共通導線に接続し、
前記信号用スリップリングは、周方向に複数の分割体に分割され、
前記複数の分割体のうち１つの前記分割体は前記共通導線に電気的に接続し、その他の前記分割体の各々は前記第一導線の各々に電気的に接続する回転電機。
【請求項２】
前記複数の温度検出手段は、第一温度検出手段及び第二温度検出手段から構成され、
前記複数の分割体は、互いに隣接する第一分割体、第二分割体及び第三分割体から構成され、
前記第一分割体は前記第一温度検出手段の前記第一導線に電気的に接続し、
前記第二分割体は前記第二温度検出手段の前記第二導線に電気的に接続し、
前記第三分割体は前記共通導線に電気的に接続する請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特にハイブリッド自動車に搭載されるダブルロータ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハイブリッド自動車に搭載される回転電機は、エンジンによって回転駆動されるインナーロータと、インナーロータの周りに回転可能に配置されるアウターロータと、アウターロータの周りに配置されるステータとを有する。ステータのコイルにはインバータから三相交流電流が供給され、これによって発生する回転磁界によりアウターロータが回転し、アウターロータが機械的に接続する車軸を介して車両の車輪が駆動される。一方、ステータに電力を供給する蓄電池の充電率が下がった時は、回転子としてのインナーロータはエンジンによって回転駆動されるとともに発電を行う。
【０００３】
ここで、回転電機の駆動中にインナーロータのコイルの温度を計測する場合、コイルにサーミスタや熱電対等の温度検出手段を設け、温度検出手段からの信号を外部に取出さなくてはならない。このような場合、インナーロータと外部との電力のやり取りに用いられる電力用スリップリングの他に、温度検出手段の信号を外部に取り出すための信号用スリップリングが必要となる。そして一般に、温度測定のための信号用スリップリングは、図６に示すように、１つの温度検出手段に対して２個設けられる。具体的には、図６の回転電機２０１では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する３個の電力用スリップリング１７０に隣接して、２個の信号用スリップリング１７１が設けられている。２個の信号用スリップリング１７１は、インナーロータ１１０のコイル１１２に取り付けられた温度検出手段１８６に対応している。
【０００４】
ここで、コイルの温度分布等を把握するためにコイルの二箇所以上の温度を計測する場合があるが、このような場合、温度検出手段の数に応じて信号用スリップリングの数は２個ずつ軸方向に増加してしまう。そのため、信号用スリップリングの数が増える分、回転電機が軸方向に大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載される回転電機では、コイルの二箇所の温度を計測するに当たり、周方向に４個の分割体に分割された温度測定用のスリップリングが用いられている。この温度測定用のスリップリングの４個の分割体には、２個のサーミスタが有するそれぞれ２本の導線、すなわち全部で４本の導線が各々電気的に接続するため、１個のスリップリングを介して２個のサーミスタから温度測定用の信号を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４６７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の回転電機では、周方向において温度測定用のスリップリングがサーミスタの数の倍数分だけ分割されているので、１個のスリップリングあたりの部品点数が多くなってしまう。また、互いに隣接する分割体同士の接続箇所には隙間が存在するため、ブラシの先端部分が接続箇所の隙間に引っ掛かり、ブラシの摩耗が早くなってしまうおそれもあった。
【０００８】
この発明はこのような問題を解決するためになされ、回転子のコイルの複数箇所の温度を測定するための信号用スリップリングの部品点数を抑え、信号用スリップリングに接触するブラシの摩耗を低減することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明に係る回転電機は、回転子と、回転子を一体回転可能に支持する回転シャフトと、回転子に設けられる回転子コイルと、回転子コイルに取り付けられるとともに、各々、第一導線及び第二導線を有する複数の温度検出手段と、回転シャフトに一体回転可能に取り付けられるとともに、温度検出手段に電気的に接続する信号用スリップリングと、信号用スリップリングに接触する一対のブラシとを備え、複数の温度検出手段の第二導線は１つの共通導線に接続し、信号用スリップリングは、周方向に複数の分割体に分割され、複数の分割体のうち１つの分割体は共通導線に電気的に接続し、その他の分割体の各々は第一導線の各々に電気的に接続する。
これにより、分割体の個数が低減するとともに分割体同士の隙間も減る。そのため、ブラシが分割体同士の隙間に接触する頻度が減って、ブラシの摩耗の度合いが小さくなる。
【００１０】
また、この発明に係る回転電機の複数の温度検出手段は、第一温度検出手段及び第二温度検出手段から構成され、複数の分割体は、互いに隣接する第一分割体、第二分割体及び第三分割体から構成され、第一分割体は第一温度検出手段の第一導線に電気的に接続し、第二分割体は第二温度検出手段の第二導線に電気的に接続し、第三分割体は共通導線に電気的に接続してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る回転電機によれば、回転子のコイルの複数箇所の温度を測定するための信号用スリップリングの部品点数を抑え、信号用スリップリングに接触するブラシの摩耗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係る回転電機の構造を示す断面側面図である。
【図２】図１に示す回転電機において、第一サーミスタ及び第二サーミスタと信号用スリップリングとインバータとの電気的接続の様子を模式的に示す図である。
【図３】図３（ｉ）は、図１に示す回転電機の駆動に伴い、信号用スリップリングの分割体とブラシとの接触状態が変化する様子を示す図である。また、図３（ｉｉ）は、図３（ｉ）に示す接続状態の変化に伴って推移する、インバータの端子Ａ及び端子Ｂと信号用スリップリング側の配線との接続関係を示す表である。
【図４】図１に示す回転電機におけるインバータと第一サーミスタ又は第二サーミスタとの電気的な接続関係を、図３（ｉ）に示す信号用スリップリングの分割体とブラシとの接触状態に対応して、各々模式的に示す図である。
【図５】図３（ｉ）に示す信号用スリップリングの分割体とブラシとの接触状態の変化に伴う、インバータの端子Ａと端子Ｂとの間の電位差Ｖｔｈの変化を示すグラフである。
【図６】従来の例による回転電機の構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、回転電機１０１は、ハウジング１とハウジング１を貫通して両端が外部に延びる金属製の回転シャフト４０とを有している。回転シャフト４０はハウジング１に回転可能に支持されている。また、回転シャフト４０の一方の端部４０ａはエンジン（図示せず）に機械的に連結される。また、回転電機１０１は、インナーロータ１０、アウターロータ２０及びステータ３０を備える。インナーロータ１０，アウターロータ２０及びステータ３０は、それぞれ略円筒形状であり、同心円状に順次内側から外側に向かって配置されている。インナーロータ１０は、回転シャフト４０に一体回転可能に支持されている。すなわち、インナーロータ１０は回転シャフト４０を介して車両のエンジンに機械的に連結するとともに、エンジンの駆動に伴って回転駆動することができる。また、インナーロータ１０は、回転シャフト４０に固定される第一コア１１と、第一コア１１の両端にその周方向に沿って配設される第一コイル１２とを有する。ここで、第一コイル１２の内側には、第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６が回転シャフト４０を挟んで互いに対向する位置に取り付けられている。第一サーミスタ８５は、第一コイル１２におけるＵ相の温度を検出し、第二サーミスタ８６は、第一コイル１２におけるＶ相の温度を検出する。また、第一サーミスタ８５は、第一導線８１及び第二導線８３ａを有し、第二サーミスタ８６は、第一導線８２及び第二導線８３ｂを有する。そして、第一導線８１，８２及び第二導線８３ａ，８３ｂは回転シャフト４０の内部を通って延びている。ここで、第一サーミスタ８５の第二導線８３ａと第二サーミスタ８６の第二導線８３ｂとは、互いに回転シャフト４０の内部で１本の共通導線８４に接続する。第一導線８１，８２及び共通導線８４は、回転シャフト４０の内部を端部４０ｂに向かって延び、後述する信号用スリップリング７１に接続する。
なお、インナーロータ１０は回転子を構成する。また、第一コイル１２は回転子コイルを構成する。また、第一サーミスタ８５は第一温度検出手段を構成し、第二サーミスタ８６は第二温度検出手段を構成する。すなわち、温度検出手段は第一温度検出手段としての第一サーミスタ８５及び第二温度検出手段としての第二サーミスタ８６から構成される。
【００１４】
また、アウターロータ２０は、第二コア２１と、第二コア２１にその周方向に沿って環状に埋め込まれる永久磁石２２，２３と、第二コア２１を両端から挟み込んで支持する皿形状の一対のロータブラケット２４，２５を有している。アウターロータ２０はロータブラケット２４，２５を介して回転シャフト４０に相対的に回転可能に取り付けられる。よって、アウターロータ２０はインナーロータ１０に対向するとともに相対回転可能に設けられる。また、永久磁石２２は、第二コア２１の内周部にインナーロータ１０と対向して配設され、永久磁石２３は、第二コア２１の外周部にステータ３０と対向して配設される。また、ロータブラケット２５には、回転シャフト４０の周囲を囲むようにして設けられた略円筒状の出力軸６０が接続されている。この出力軸６０には、ピニオンギヤ５が一体となって回転するように固定して接続され、ピニオンギヤ５は、車両の車輪（図示せず）を駆動する車軸（図示せず）に機械的に連結する。
【００１５】
また、ステータ３０は、アウターロータ２０に対向して設けられるとともに、ハウジング１の内側に回転不能に取り付けられている。ステータ３０は、ステータコア３１と、ステータコア３１の両端にその周方向に沿って配設された第二コイル３２とを有する。
【００１６】
また、ハウジング１の外部において、回転シャフト４０の端部４０ｂには、電力用スリップリング部７０及び信号用スリップリング７１が一体回転可能に取り付けられている。電力用スリップリング部７０は、順次ハウジング１側に向かうように並べられる３個の電力用スリップリング７０ａ，７０ｂ，７０ｃからなる。電力用スリップリング７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、インナーロータ１０の第一コイル１２と電気的に接続している。また、これらの電力用スリップリング７０ａ，７０ｂ，７０ｃには、それぞれブラシ５１，５２，５３が接触している。なお、電力用スリップリング７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及びブラシ５１，５２，５３は、それぞれ、三相交流電流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している。
また、信号用スリップリング７１は、電力用スリップリング部７０のうち最もハウジング１に近い電力用スリップリング７０ｃのさらにハウジング１側に隣接して設けられる。信号用スリップリング７１には、互いに１８０度離間して対向する一対のブラシ５４ａ，５４ｂが接触している。また、信号用スリップリング７１には第一サーミスタ８５の第一導線８１，第二サーミスタ８６の第一導線８２及び共通導線８４が接続しているので、信号用スリップリング７１は第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６と電気的に接続する。
ここで、ブラシ５１，５２，５３，５４ａ及び５４ｂのそれぞれには、インバータ６が電気的に接続している。すなわち、インナーロータ１０の第一コイル１２は、電力用スリップリング部７０及びブラシ５１，５２，５３を介してインバータ６と電気的に接続している。さらに、第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６も信号用スリップリング７１及びブラシ５４ａ，５４ｂを介してそれぞれインバータ６と電気的に接続している。また、インバータ６にはステータ３０の第二コイル３２、蓄電池７及びＥＣＵ３がそれぞれ電気的に接続している。
【００１７】
次に、信号用スリップリング７１の詳細な構造を、図２を参照して説明する。
信号用スリップリング７１は、周方向に各々約１２０度ずつの範囲を占めるように互いに隣接して配置された３個の分割体である第一分割体７１ａ、第二分割体７１ｂ及び第三分割体７１ｃに分割されている。ここで、第一分割体７１ａと第二分割体７１ｂとの境界は接続箇所７２とする。また、第二分割体７１ｂと第三分割体７１ｃとの境界は接続箇所７３とする。さらに、第三分割体７１ｃと第一分割体７１ａとの境界は接続箇所７４とする。接続箇所７２〜７４には僅かに隙間が存在する。
【００１８】
第一サーミスタ８５の第一導線８１は第一分割体７１ａに接続する。また、第二サーミスタ８６の第一導線８２は第二分割体７１ｂに接続する。さらに、第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６の共通導線８４は第三分割体７１ｃに接続する。
また、ブラシ５４ａ，５４ｂは、３個の分割体７１ａ〜７１ｃのうち、常に少なくとも２個の分割体に接触する。さらに、ブラシ５４ａはインバータ６の端子Ａに電気的に接続し、ブラシ５４ｂはインバータ６の端子Ｂに電気的に接続する。インバータ６において端子Ｂはグラウンドに接地する。ここで、端子Ｂと端子Ａとの電位差は電圧Ｖｔｈとする。
なお以下の説明において、第一分割体７１ａと第一サーミスタ８５とを電気的に接続する第一導線８１を配線αとする。また、同様に、第二分割体７１ｂと第二サーミスタ８６とを電気的に接続する第一導線８２を配線βとする。さらに、第三分割体７１ｃと第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６とを電気的に接続する第二導線８３ａ，８３ｂ及び共通導線８４を配線γとする。
【００１９】
次に、図１を参照して回転電機１０１の全体的な動作について説明する。なお、以下の説明において、回転電機１０１が発電を行わずに車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＥＶモード走行という。また、回転電機１０１が発電を行うと同時に車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＲＥ（ｒａｎｇｅ  ｅｘｔｅｎｄ）モード走行という。
まず、車両がＥＶモード走行を行っている時の回転電機１０１の動作について説明する。
蓄電池７からインバータ６を介してステータ３０の第二コイル３２に三相交流電流が流れる。これによって、第二コイル３２とアウターロータ２０の永久磁石２３との間で回転磁界が発生する。そして、ステータ３０の第二コイル３２とアウターロータ２０の永久磁石２３との間に発生する回転磁界により、アウターロータ２０は回転運動を開始し、出力軸６０及びピニオンギヤ５を介して車両の車輪が駆動される。
【００２０】
次に、車両がＲＥモード走行を行っている時の回転電機１０１の動作について説明する。なお、車両は、蓄電池７の充電率が一定値以下となった場合にＲＥモード走行を行う。
蓄電池７からインバータ６を介してステータ３０の第二コイル３２に三相交流電流が供給されると第二コイル３２とアウターロータ２０の永久磁石３２との間で回転磁界が発生する。この回転磁界によって、ＥＶモード走行時と同様にアウターロータ２０は回転運動をし、出力軸６０及びピニオンギヤ５を介して車両の車輪を駆動する。一方、インナーロータ１０は、エンジンによって回転シャフト４０を介して回転駆動されている。そのため、アウターロータ２０の永久磁石２２と対向して回転するインナーロータ１０の第一コイル１２には、誘導電流が発生する。そして、第一コイル１２に発生した電力は、電力用スリップリング部７０、ブラシ５１，５２，５３及びインバータ６を介して、蓄電池７に蓄えられる。
【００２１】
また次に、第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６によるインナーロータ１０の第一コイル１２の温度測定方法について、図２〜５を参照して説明する。
まず、回転シャフト４０の回転に伴って、信号用スリップリング７１とブラシ５４ａ，５４ｂとの接触位置は図３（ｉ）の状態Ｒ１〜Ｒ６に示すように変化する。例えば、状態Ｒ１では、ブラシ５４ａは信号用スリップリング７１の第三分割体７１ｃに接触し、ブラシ５４ｂは第二分割体７１ｂに接触する。従って、図３（ｉｉ）の表に示すように、インバータ６の端子Ａは配線γに電気的に接続し、端子Ｂは配線βに電気的に接続する。そして次に、回転シャフト４０が時計回りに約６０度回転し、状態Ｒ２に移るとブラシ５４ａは第三分割体７１ｃに接触し、ブラシ５４ｂは第一分割体７１ａに接触する。すなわち、図３（ｉｉ）に示すように、インバータ６の端子Ａは配線γに接続し、端子Ｂは配線αに接続する。さらに次に、状態Ｒ３に移るとブラシ５４ａは第二分割体７１ｂに接触し、ブラシ５４ｂは第一分割体７１ａに接触する。すなわち、図３（ｉｉ）に示すように、インバータ６の端子Ａは配線βに接続し、端子Ｂは配線αに接続する。同様に、状態Ｒ４では、インバータ６の端子Ａは配線βに接続し、端子Ｂは配線γに接続する。また次に、状態Ｒ５では、インバータ６の端子Ａは配線αに接続し、端子Ｂは配線γに接続する。さらに次に、状態Ｒ６では、インバータ６の端子Ａは配線αに接続し、端子Ｂは配線βに接続する。
【００２２】
さらに、第一サーミスタ８５又は第二サーミスタ８６とインバータ６の端子Ａ及び端子Ｂとの接続状態の変化を図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
まず、信号用スリップリング７１とブラシ５４ａ，５４ｂとが図３（ｉ）に示す状態Ｒ１又はＲ４の接触位置にある時、インバータ６の端子Ａ及び端子Ｂは、図４（ａ）に示すように第二サーミスタ８６と電気的に接続している状態となる。また、信号用スリップリング７１とブラシ５４ａ，５４ｂとが状態Ｒ２又はＲ５の接触位置にある時は、インバータ６の端子Ａ及び端子Ｂは、図４（ｂ）に示すように第一サーミスタ８５と電気的に接続している。さらに、状態Ｒ３又はＲ６の時は、図４（ｃ）に示すように第一サーミスタ８５と第二サーミスタ８６とは互いに直列に配列され、インバータ６の端子Ａ及び端子Ｂに電気的に接続している。
【００２３】
従って、図３（ｉ）に示す状態Ｒ１〜Ｒ６のような信号用スリップリング７１とブラシ５４ａ，５４ｂとの接触位置の変化に伴い、電圧Ｖｔｈは図５に示すように変化する。ここで、ＥＣＵ３は状態Ｒ２及びＲ５の電圧Ｖｔｈに基づいて、第一サーミスタ８５によって検出された第一コイル１２のＵ相の温度を算出する。また、ＥＣＵ３は状態Ｒ１及びＲ４の電圧Ｖｔｈに基づいて、第二サーミスタ８６によって検出された第一コイル１２のＶ相の温度を算出する。なお、状態Ｒ３及びＲ６の時は、図４（ｃ）に示すように第一サーミスタ８５と第二サーミスタ８６とが信号用スリップリング７１を介して直列的に接続されるため、第一コイル１２の温度を電圧Ｖｔｈに基づいて測定することはできない。状態Ｒ３及びＲ６の時は、図５に示すように電圧Ｖｔｈが急上昇する。従って、ＥＣＵ３は、電圧Ｖｔｈが通常では達しえない値を取る範囲、すなわち状態Ｒ３及びＲ６において電圧Ｖｔｈを無視するものとする。
【００２４】
以上より、この実施の形態１に係る回転電機１０１では、信号用スリップリング７１は複数の分割体７１ａ〜７１ｃに分割される。そして、第一分割体７１ａは第一サーミスタ８５の第一導線８１に、第二分割体７１ｂは第二サーミスタ８６の第一導線８２に、第三分割体７１ｃは第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６の共通導線８４に各々接続する。これにより、１個の信号用スリップリング７１によって、インナーロータ１０の第一コイル１２のＵ相及びＶ相に対応する二箇所の温度を測定することができる。従って、第一コイル１２のＵ相又はＶ相のみの温度が急激に上昇した場合、回転電機１０１の駆動に異常が生じたことを検出することができる。また、第一コイル１２の温度分布を把握することもできる。具体的には、第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６が取り付けられた第一コイル１２の二箇所の温度のうち高い方の温度が許容温度を越えていないかどうかを判断することができる。
また、第一サーミスタ８５の第二導線８３ａ及び第二サーミスタ８６の第二導線８３ｂは１本の共通導線８４に接続し、共通導線８４は１個の第三分割体７１ｃのみに接続する。従って、従来であれば、信号用スリップリング７１の分割体の数は第一サーミスタ８５及び第二サーミスタ８６の第一導線及び第二導線の各々に対応して４個になるところ、３個の分割体によって第一コイル１２の二箇所の温度を測定することができる。従って、回転電機１０１の部品点数を減らすことができる。また、分割体同士の接続箇所の数も減るため、ブラシ５４ａ，５４ｂの先端部分が分割体７１ａ〜７１ｃ同士の接続箇所７２，７３，７４に存在する隙間に引っ掛かる頻度が減り、ブラシ５４ａ，５４ｂの摩耗が低減される。
【００２５】
なお、実施の形態において、温度検出手段にはサーミスタが用いられているが、これに限られず、熱電対を用いてもよい。
また、温度検出手段で検出する第一コイル１２の箇所は、Ｕ相及びＶ相に対応する部分に限定されず、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち任意の２相に対応する箇所であればよい。また、第一コイル１２の３箇所以上に温度検出手段がもうけられ、信号用スリップリング７１が４個以上の分割体に分割されてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０  インナーロータ（回転子）、１２  第一コイル（回転子コイル）、４０  回転シャフト、５４ａ，５４ｂ  ブラシ、７１  信号用スリップリング、７１ａ  第一分割体（分割体）、７１ｂ  第二分割体（分割体）、７１ｃ  第三分割体（分割体）、８１，８２  第一導線、８３ａ，８３ｂ  第二導線、８４  共通導線、８５  第一サーミスタ（第一温度検出手段）、８６  第二サーミスタ（第二温度検出手段）、１０１  回転電機。
【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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