JP2005020941A

JP2005020941A - 回転電機

Info

Publication number: JP2005020941A
Application number: JP2003184702A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Shindo; 祐輔進藤; Kota Kitamine; 康多北峯
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】チョークコイル等を内蔵した回転電機の小型化及びチョークコイル等を有する装置の小型化を図ることができる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機５は、磁性体からなる電機子コア１２とこの電機子コア１２に巻回された電機子コイル１３とを有する電機子１１と、電機子に対して相対回転可能な界磁とを備える。そして、電機子コア１２の外周側に電機子に対して界磁が相対回転する回転軸方向に磁束を発生させるように巻回した他用途コイル１４を有する。そして、この他用途コイル１４を、フィルタ装置等に用いられるチョークコイル３として使用する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転電機を有する回路には、例えば、高周波ノイズ等を低減又は検出するためのフィルタ装置等を有しているものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。そして、このようなフィルタ装置が、回転電機の外郭の中に内蔵したものがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８７６７１号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２２９１０号公報
【特許文献３】
特開２０００−３１５９２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献３に開示されている回転電機のように、フィルタ装置を回転電機の中に内蔵した場合には、回転電機の大型化を招来することになる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、フィルタ装置を内蔵した回転電機の小型化及びフィルタ装置を有する装置の小型化を図ることができる回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、電機子コアを利用して、例えばフィルタ装置のうちのチョークコイルを形成することを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の回転電機は、磁性体からなる電機子コアと該電機子コアに巻回された電機子コイルとを有する電機子と、前記電機子に対して相対回転可能な界磁とを備えた回転電機において、さらに、前記電機子に対して前記界磁が相対回転する回転軸方向に磁束を発生させるように前記電機子に巻回されると共に前記電機子コイルとは異なる用途に用いられる他用途コイルを備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、電機子コイルの用途とは、回転電機が電動機の場合には、電機子コイルに電流を流すことにより界磁を相対回転させる用途であって、回転電機が発電機の場合には、例えば界磁が相対回転することにより電機子コイルに電流を発生させる用途である。
【０００９】
また、電機子コイルにより発生する磁束方向と他用途コイルにより発生する磁束方向とは略直交方向である。具体的には、電機子コイルにより発生する磁束方向は電機子に対して界磁が相対回転する回転軸方向に垂直な平面方向、すなわち電機子の径方向及び周方向を含む方向であるのに対して、他用途コイルにより発生する磁束方向は界磁の回転軸方向である。従って、何れの電機子コイルにより発生する磁束方向に対しても、他用途コイルにより発生する磁束方向は、略直交方向となる。これにより、他用途コイルにより発生する磁束は界磁の相対回転に何ら影響を及ぼすことがない。従って、回転電機そのものの性能には何ら影響を及ぼすことはない。
【００１０】
そして、他用途コイルに電機子コアを利用すること、具体的には電機子コアを他用途コイルの鉄心として利用することにより、別途、他用途コイルを設ける必要がない。そのため、回転電機と他用途コイルとを一体化する場合には、新たに他用途コイルの設けるスペース等を確保する必要がないため、回転電機の小型化を図ることができる。また、従来、回転電機と他用途コイルとを一体化していないものに対しても、他用途コイルを新たに設ける必要がないため、他用途コイルを含む機器の小型化を図ることができる。
【００１１】
なお、前記他用途コイルは、前記電機子の外周側に巻回されるようにしてもよい。これにより、容易に他用途コイルを巻回することができると共に、確実に電機子コアの軸方向に磁束を発生させるように巻回することができる。
【００１２】
また、前記他用途コイルは、高周波ノイズを低減するチョークコイルとしてもよい。一般に、回転電機を含む機器には、チョークコイルを用いているものがある。さらに、このチョークコイルを含むフィルタ装置が回転電機の中に配設されているもの等がある。このようなチョークコイルを前記他用途コイルとすることにより、チョークコイルを別途設ける必要がないため、チョークコイルを含む機器やチョークコイルと一体化した回転電機の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、前記他用途コイルは、コモンモードノイズを低減するコモンモードチョークを構成する複数のコモンモードチョークコイルとしてもよい。この場合には、他用途コイルが複数本固定子コアに巻回されることになる。これにより、コモンモードチョークコイルを別途設ける必要がないため、コモンモードチョークコイルを含む機器の小型化及びコモンモードチョークコイルと一体化した回転電機の小型化を図ることができる。
【００１４】
また、前記他用途コイルは、コモンモードノイズを低減するコモンモードチョークを構成する複数のコモンモードチョークコイルと該コモンモードチョークを含む回路における漏電を検出する漏電検出用コイルとを有する漏電流検出機能付きコモンモードチョークコイルとしてもよい。この場合には、他用途コイルが複数本固定子コアに巻回されることになる。具体的には、コモンモードチョークコイルの複数本のコイルと、さらに漏電検出用コイルが固定子コアに巻回されることになる。これにより、漏電検出機能付きコモンモードチョークコイルを含む機器の小型化及び漏電検出機能付きコモンモードチョークコイルと一体化した回転電機の小型化を図ることができる。
【００１５】
また、前記他用途コイルは、トランスを構成する複数のトランス用コイルとしてもよい。この場合は、他用途コイルが複数本固定子コアに巻回されることになる。これにより、トランスを含む機器の小型化及びトランスと一体化した回転電機の小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
第１実施形態における回転電機を有する車両エアコン用電動コンプレッサ駆動装置について説明する。車両エアコン用電動コンプレッサ駆動装置の概略構成を図１に示す。図１に示すように、当該電動コンプレッサ駆動装置は、直流電源１と、コンデンサ２と、チョークコイル３と、インバータ装置４と、コンプレッサ駆動用電動機（回転電機）５とから構成されている。
【００１８】
直流電源１は、車両に搭載されたバッテリである。コンデンサ２は、直流電源１の正極側と負極側との間に接続されている。また、コンデンサ２は、車両に搭載された他の機器にも接続されている。チョークコイル３は、一端側がコンデンサ２の正極側に接続されている。このチョークコイル３は、インバータ装置４により発生する高周波ノイズがインバータ装置４側からコンデンサ２側や他の機器等へ伝達されないようにするために設けられている。インバータ装置４は、平滑コンデンサ６と、３相全波ブリッジ７とから構成されている。平滑コンデンサ６は、チョークコイル３の他端側と直流電源１の負極側との間に接続されている。３相全波ブリッジ７は、平滑コンデンサ６に並列接続されており、複数のトランジスタ及びダイオード等から構成されている。この３相全波ブリッジ７は、トランジスタのスイッチング動作によって直流電源１から供給される直流電流を３相電流に変換している。コンプレッサ駆動用電動機５は、ブラシレスモータからなり、３相全波ブリッジ７から供給される３相電流により駆動する。
【００１９】
ここで、コンプレッサ駆動用電動機５について図２を参照して詳述する。図２に示すように、コンプレッサ駆動用電動機５は、固定子（電機子）１１と回転子（界磁）（図示せず）とから構成されている。固定子１１は、略円筒形状の外郭とティースとからなる固定子コア（電機子コア）１２と、それぞれのティースに集中巻により巻回された固定子コイル（電機子コイル）１３とから構成されている。回転子は、固定子１１に対して相対回転可能に固定子１１の内側に配設されている。この回転子は、インバータ装置４から固定子コア１３に電流が供給されることにより固定子１１に対して相対回転する。
【００２０】
そして、コンプレッサ駆動用電動機５は、さらに、固定子コア１２の外周側に１本の外周コイル（他用途コイル）１４が巻回されている。具体的には、外周コイル１４は、固定子コア１２の外周側であって、回転子が固定子１１に対して相対回転する回転軸の軸回り方向に巻回される。すなわち、この外周コイル１４に電流を流した場合に発生する磁束方向は、回転子の回転軸方向（図２におけるＢ方向）と一致する方向となる。
【００２１】
そして、この外周コイル１４は、図１に示すチョークコイル３としている。すなわち、図１に示すように、チョークコイル３は、従来のように別にコイルが形成されているのではなく、コンプレッサ駆動用電動機５の固定子コア１２の外周に巻回することにより形成している。
【００２２】
ここで、車両エアコン用電動コンプレッサ駆動装置を構成する要素の中で、コンプレッサ駆動用電動機５を除いた要素の中では、インバータ装置４とチョークコイル３が比較的に大型なものであった。従って、従来のように、別にチョークコイル３を形成した場合には、当該コンプレッサ駆動装置は、チョークコイル３の大きさ分だけ大型化していた。しかし、このチョークコイル３をコンプレッサ駆動用電動機５により形成することで、チョークコイル３を新たに設ける必要がなくなる。その結果、チョークコイル３を配設する分だけコンプレッサ駆動装置は小型化することができる。これは、コンプレッサ駆動用電動機５とインバータ装置４とチョークコイル３とが一体化されたコンプレッサ駆動装置の場合には、配線や各装置構成を非常に容易とすることができることにより、特に効果的である。
【００２３】
次に、外周コイル１４によるコンプレッサ駆動用電動機５の電動機性能への影響について説明する。まず、固定子コイル１３により発生する磁束方向について説明する。固定子コイル１３は、図２に示すように、固定子コア１２のそれぞれのティースに集中巻により巻回されている。従って、固定子コイル１３に電流を流した場合には、固定子１１の径方向（例えば図２におけるＡ方向）に磁束を発生させる。さらに、固定子コイル１３により発生した磁束は、固定子コア１２にも界磁する。この固定子コア１２に界磁する磁束方向は、固定子コア１２のティースが形成されている方向及び固定子コア１２の外郭の方向である円周方向となる。すなわち、固定子コイル１３により発生する磁束方向は、回転子の回転軸方向に垂直な平面方向となる。一方、外周コイル１４により発生する磁束方向については上述したように、回転子の回転軸方向と一致する方向となる。
【００２４】
従って、固定子コイル１３により発生する磁束方向は、外周コイル１４により発生する磁束方向に対して略直交方向となる。このように、両者の発生する磁束方向が略直交することにより、相互に発生する磁束に影響を及ぼすことがない。すなわち、外周コイル１４により発生する磁束によって、コンプレッサ駆動用電動機５の性能、すなわち回転子の固定子１１に対する相対回転に影響を及ぼすことはない。つまり、コンプレッサ駆動用電動機５の性能に影響を及ぼすことなく、コンプレッサ駆動装置の小型化を図ることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては、コンプレッサ駆動用電動機５の固定子１１に外周コイル１４を一本巻回してチョークコイル３としての用途に用いた。第２実施形態におけるコンプレッサ駆動装置は、コモンモードチョークを有する場合である。
【００２６】
コモンモードチョークについて図３を参照して説明する。コモンモードチョークとは、コモンモード電流により発生するコモンモードノイズを低減するためのチョークであって、直流電源１（図１に示す）の正極側と負極側にそれぞれ配設される。具体的には、図３に示すように、直流電源１の正極側（１次側）及び直流電源１の負極側（２次側）には、同一の鉄心Ｃにそれぞれ同数のコイル（１次側コイルＬ１、２次側コイルＬ２）（コモンモードチョークコイル）が巻回されている。
【００２７】
このようにコモンモードチョークコイルを有する場合の作用について説明する。コモンモードノイズが発生していない場合には、１次側コイルＬ１に流れる電流値Ｉ１と２次側コイルＬ２に流れる電流値Ｉ２は、同一電流値となる。そのため、１次側コイルＬ１により発生する磁束（負荷電流による磁束）と２次側コイルＬ２により発生する磁束（負荷電流による磁束）は、相互に打ち消す方向に働く。一方、コモンモードノイズが発生している場合には、１次側コイルＬ１に流れる電流値Ｉ１と２次側コイルＬ２に流れる電流値Ｉ２は相違することになる。従って、この電流値の相違による磁束、すなわちコモンモードノイズ電流による磁束が発生する。しかし、コモンモードノイズ電流により発生する磁束は、１次側コイルＬ１及び２次側コイルＬ２のインダクタンス成分として働くことから、コモンモードノイズを有効に除去することができる。
【００２８】
ここで、このようなコモンモードチョークを構成するコモンモードチョークコイル（１次側コイルＬ１及び２次側コイルＬ２）を図１及び図２に示したコンプレッサ駆動用電動機５を利用して形成する。すなわち、コモンモードチョークを構成する鉄心Ｃが、コンプレッサ駆動用電動機５の固定子コア１２となる。具体的には、固定子コア１２の外周側にコモンモードチョークコイルである１次側コイルＬ１及び２次側コイルＬ２が、それぞれ回転軸回り方向であって反対方向に巻回される。すなわち、１次側コイルＬ１により発生する磁束方向と２次側コイルＬ２により発生する磁束方向が、反対方向であって、回転子の回転軸方向と一致する方向となる。
【００２９】
このように、コモンモードチョークを有するコンプレッサ駆動装置は、別途にコモンモードチョークを形成する必要がないため、全体として小型化を図ることができる。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。上述した第２実施形態においては、コンプレッサ駆動用電動機５の固定子１１に巻回した外周コイル１４をコモンモードチョークコイルとしての用途に用いた。第３実施形態におけるコンプレッサ駆動装置は、漏電検出機能付きコモンモードチョークを有する場合である。
【００３１】
漏電検出機能付きコモンモードチョークについて図４を参照して説明する。漏電検出機能付きコモンモードチョークとは、コモンモードチョークコイル（一次側コイルＬ１、２次側コイルＬ２）と漏電検出用コイルＬ３と鉄心Ｃを有するものである。コモンモードチョークについては、第２実施形態において説明したものと同様であるので説明を省略する。漏電検出用コイルＬ３は、コモンモードチョークコイルＬ１，Ｌ２が巻回されている鉄心Ｃに巻回されており、コモンモードチョークを含んだ回路、例えばコンプレッサ駆動装置を構成する回路における漏電を検出するためのコイルである。
【００３２】
このように漏電検出機能付きコモンモードチョークを有する場合の作用について説明する。コンプレッサ駆動装置を構成する回路が漏電していない場合には、１次側コイルＬ１に流れる電流値Ｉ１と２次側コイルＬ２に流れる電流値Ｉ２は、同一電流値である。そのため、１次側コイルＬ１により発生する磁束と２次側コイルＬ２により発生する磁束は、相互に打ち消す方向に働く。そのため、鉄心Ｃには磁束が発生していないことになる。この場合には、漏電検出用コイルＬ３は、鉄心Ｃに磁束が発生していないことにより、電流が発生せず、漏電していないと判定することができる。
【００３３】
一方、コンプレッサ駆動装置を構成する回路が漏電している場合には、１次側コイルＬ１に流れる電流値Ｉ１と２次側コイルＬ２に流れる電流値Ｉ２が相違することになる。従って、この電流値の相違により鉄心Ｃに磁束が発生して、この磁束により漏電検出用コイルＬ３に電流が流れる。そして、漏電検出用コイルＬ３に流れる電流値Ｉ３の大きさによりコンプレッサ駆動装置を構成する回路が漏電したか否かを判定することができる。
【００３４】
ここで、このような漏電検出機能付きコモンモードチョークを構成するコモンモードチョークコイルＬ１，Ｌ２及び漏電検出用コイルＬ３を、図１及び図２に示したコンプレッサ駆動用電動機５を利用して形成する。すなわち、漏電検出機能付きコモンモードチョークを構成する鉄心Ｃが、コンプレッサ駆動用電動機５の固定子コア１２となる。具体的には、固定子コア１２の外周側にコモンモードチョークコイルである１次側コイルＬ１及び２次側コイルＬ２が、それぞれ回転軸回り方向であって反対方向に巻回される。すなわち、１次側コイルＬ１により発生する磁束方向と２次側コイルＬ２により発生する磁束方向が、反対方向であって、回転子の回転軸方向と一致する方向となる。さらに、漏電検出用コイルＬ３が固定子コア１２の外周側に、回転軸回り方向に巻回される。すなわち、１次側コイルＬ１又は２次側コイルＬ２により発生する磁束により、漏電検出用コイルＬ３に電流が流れるようにしている。
【００３５】
このように、漏電検出機能付きコモンモードチョークを有するコンプレッサ駆動装置は、別途に漏電検出機能付きコモンモードチョークを形成する必要がないため、全体として小型化を図ることができる。
【００３６】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。上述した実施形態においては、電動機の固定子に巻回した外周コイルをチョークコイルやコモンモードチョークコイル等としての用途に用いた。第４実施形態は、電動機の固定子に巻回した外周コイルをトランスを構成する複数のトランス用コイルとしての用途に用いる場合である。
【００３７】
トランスについて図５を参照して説明する。トランスは、一の回路に形成された１次側コイルＬ４と、他の回路に形成された２次側コイルＬ５と、１次側コイルＬ４及び２次側コイルＬ５が巻回された鉄心Ｃとから構成される。図５に示す用に、例えば、１次側コイルＬ４のコイル巻数より２次側コイルＬ５のコイル巻数を多くする。これにより、１次側コイルが形成されている回路にかかる１次側電圧Ｖ１に対して、２次側コイルが形成されている回路にかかる２次側電圧Ｖ２を変圧することができる。
【００３８】
ここで、このようなトランスを構成する複数のトランス用コイルＬ４，Ｌ５を例えば図１及び図２に示したコンプレッサ駆動用電動機５を利用して形成する。すなわち、トランスを構成する鉄心Ｃがコンプレッサ駆動用電動機５の固定子コア１２となる。具体的には、固定子コア１２の外周側にトランスを構成する１次側コイルＬ４及び２次側コイルＬ５が、それぞれ回転軸回り方向に巻回される。すなわち、１次側コイルＬ４により発生する磁束により、２次側コイルＬ５に電流が流れるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両エアコン用電動コンプレッサ駆動装置の概略構成図を示す。
【図２】第１実施形態におけるコンプレッサ駆動用電動機の斜視図を示す。
【図３】コモンモードチョークについて説明する図である。
【図４】漏電検出機能付きコモンモードチョークについて説明する図である。
【図５】トランスについて説明する図である。
【符号の説明】
１・・・直流電源
２・・・コンデンサ
３・・・チョークコイル
４・・・インバータ装置
５・・・コンプレッサ駆動用電動機（回転電機）
６・・・平滑コンデンサ
７・・・３相全波ブリッジ
１１・・・固定子（電機子）
１２・・・固定子コア（電機子コア）
１３・・・固定子コイル（電機子コイル）
１４・・・外周コイル（他用途コイル）

Claims

磁性体からなる電機子コアと該電機子コアに巻回された電機子コイルとを有する電機子と、
前記電機子に対して相対回転可能な界磁と、
を備えた回転電機において、
さらに、前記電機子に対して前記界磁が相対回転する回転軸方向に磁束を発生させるように前記電機子に巻回されると共に前記電機子コイルとは異なる用途に用いられる他用途コイルを備えたことを特徴とする回転電機。
前記他用途コイルは、前記電機子の外周側に巻回されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記他用途コイルは、高周波ノイズを低減するチョークコイルであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記他用途コイルは、コモンモードノイズを低減するコモンモードチョークを構成する複数のコモンモードチョークコイルであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記他用途コイルは、コモンモードノイズを低減するコモンモードチョークを構成する複数のコモンモードチョークコイルと該コモンモードチョークを含む回路における漏電を検出する漏電検出用コイルとを有する漏電流検出機能付きコモンモードチョークコイルであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記他用途コイルは、トランスを構成する複数のトランス用コイルであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。