JP2006174678A - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】より高精度に検出素子を位置決めできる構造、高剛性で耐震性に優れた構造、組み立てが容易な構造、回転電機自体が発生する磁界を考慮した検出精度の向上を図る構造、等が必要。
【解決手段】ロ−タ軸４の軸線Ｃの長手方向に回転電機本体部１０１に隣接して並設され制御されることにより回転電機本体部１０１への通電制御を行うパワ−素子７ａと、前記長手方向にパワ−素子７ａに隣接して回転電機本体部１０１とは反対の側に並設されパワ−素子７ａを制御する制御回路部１０３と、回転電機本体部１０１とパワ−素子７ａとを接続し略直線状を成す直線状部１３ａを有する電力線１３、および直線状部１３ａに設けられ電力線１３を通してパワ−素子７ａと回転電機本体部１０１との間に流れる線電流を直線状部１３ａで検出しその出力が制御回路部１０３により前記通電制御に使用される電流検出装置１０５とを備えた制御装置一体型回転電機。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動機および発電機といった回転電機の出力を制御するための制御装置と回転電機とが一体となった制御装置一体型回転電機に関するものである。

従来の回転電機の制御装置は、一般的には回転電機から離れた位置に設けられ、例えば、特許文献１に示されているように、回転電機とは構造的に別体の筐体の中に、インバータ回路、制御回路、出力導体電流検出用の磁性コア付の半導体電流素子と出力信号増幅回路を収納することにより構成されており、また、コア付電流検出素子と増幅回路、および制御回路が同一の基板に実装されていた。

一方、最近では制御装置と回転電機とが一体となった制御装置一体型回転電機が検討され始め、例えば、特許文献２示される事例がある。この特許文献２では、回転電機の制御装置（電圧制御手段）を回転電機に搭載した例であり、半導体スイッチング素子である複数のハイサイドスイッチ並びに複数のローサイドスイッチを有するとともに前記発電機の発電電圧を整流してバッテリに印加する交直電力変換手段と、界磁巻線に通電する界磁電流を断続するためのスイッチング素子からなる界磁電流制御手段と、これらの少なくとも一方を制御して前記バッテリの電圧を所定値に保つための、半導体集積回路を有する電圧制御手段とを備える車両用発電機の出力制御装置とが設けられ、回転電機の出力の制御は、相間電圧を検出して調整していた。

特開平１１−１２７５８３号公報（図３及びその説明） 特開２００３−２２５０００号公報（図７及びその説明）

電流検出素子は、例えば電流が流れる際に発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子が高精度な検出手段として多用されているが、従来の制御装置一体型の回転電機では、回転電機と別置きに構成された制御装置とは異なり、耐震性、耐熱性などの構造信頼性への高い要求に対して、より高精度に検出素子を位置決めできる構造、高剛性で耐震性に優れた構造、組み立てが容易な構造、回転電機自体が発生する磁界を考慮した検出精度の向上を図る構造、等が必要である。

この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、検出素子を含む電流検出装置の組み立てが容易な構造の実現を目的とし、また、高精度に検出素子を位置決めできる構造の実現、高剛性で耐震性に優れた構造の実現、回転電機自体が発生する磁界を考慮した検出精度の向上を図る構造の実現を他の目的とするものである。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、回転電機本体部、この回転電機本体部のロ−タ軸軸線の長手方向に前記回転電機本体部に隣接して並設され制御されることにより前記回転電機本体部への通電制御を行うパワ−素子、前記長手方向に前記パワ−素子に隣接して前記回転電機本体部とは反対の側に並設され前記パワ−素子を制御する制御回路部、前記回転電機本体部と前記パワ−素子とを接続し略直線状を成す直線状部を有する電力線、および前記直線状部に設けられ前記電力線を通して前記パワ−素子と前記回転電機本体部との間に流れる電流を前記直線状部で検出しその出力が制御回路部により前記通電制御に使用される電流検出装置を備えたものである。

この発明による制御装置一体型回転電機は、回転電機本体部、この回転電機本体部のロ−タ軸軸線の長手方向に前記回転電機本体部に隣接して並設され制御されることにより前記回転電機本体部への通電制御を行うパワ−素子、前記長手方向に前記パワ−素子に隣接して前記回転電機本体部とは反対の側に並設され前記パワ−素子を制御する制御回路部、前記回転電機本体部と前記パワ−素子とを接続し略直線状を成す直線状部を有する電力線、および前記直線状部に設けられ前記電力線を通して前記パワ−素子と前記回転電機本体部との間に流れる電流を前記直線状部で検出しその出力が制御回路部により前記通電制御に使用される電流検出装置を備えた構造としたので、検出素子を含む電流検出装置の組み立てが容易となる効果があり、また、高精度に検出素子を位置決めできる構造の実現、高剛性で耐震性に優れた構造の実現、回転電機自体が発生する磁界を考慮した検出精度の向上を図る構造の実現を可能とするものである。
この発明によれば、磁気検出素子とコアを回転電機の軸方向に対して一方向から組み立てることができるので、容易に製造することができる。また、磁気検出素子を制御基板に一体化してコアを配置するパワー部と分離することによって、制御回路に対するスイッチングノイズや回転電機の発生磁界の影響を低減して、誤動作を防止することができる。さらに、磁気検出素子、コア、導電部同士の位置決め誤差を小さくすることができるので、検出精度が向上する、特にコアの取付け部の剛性をあげるための複雑な部材が不要である、といった従来にない効果を奏するものである。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図３により説明する。図１は回転電機本体部の巻線と制御回路との接続関係の一例を示す図、図２は制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図、図３は図２における電流検出装置の拡大斜視図である。なお、各図中、同一符合は同一部分を示す。

図１において、制御装置一体型回転電機１００は、大きくは、回転電機本体部１０１と、この回転電機本体部１０１の電機子巻線１ａへの通電制御を行うパワ−部１０２と、このパワ−部１０２に前記通電制御を行わせるように前記パワ−部１０２を制御する制御回路部１０３と、この制御回路部１０３から制御され前記回転電機本体部１０１の界磁巻線２ａの電流を制御する界磁電流制御回路部１０４とで構成されている。

前記回転電機本体部１０１は、ステ−タ１の電機子巻線１ａと、ロ−タ２の界磁巻線２ａを備え、前記ロータ２に連結されたプーリ６（後述の図２参照）がエンジンの回転軸（図示せず）とベルト（図示せず）により連結されている。ここで、前記電機子巻線１ａは、図示のように３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルをＹ結線（スター結線）して構成されている。

前記パワー部１０２は、図示のように、複数のパワー素子７ａと各パワー素子７ａに並列に接続されたダイオード７ｂとからなるインバータモジュール７ｃと、このインバータモジュール７ｃに並列に接続されたコンデンサ７ｄとを備えている。前記インバータモジュール７ｃは、上アーム７ｅを構成するパワー素子（スイッチング素子）７ａおよびダイオード７ｂと、下アーム７ｆを構成するパワー素子（スイッチング素子）７ａおよびダイオード７ｂとを２組直列に接続したものを１セットとし、当該セットが３個並列に接続されている。なお、前記各パワー素子７ａとしては、例えば、パワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子が使用される。また、スイッチング素子内部のダイオ−ド構造を用いてスイッチング素子とダイオ−ドとを1つのパワー素子でまかなうこともある。

また、図示のように、前記電機子巻線１ａのＹ結線の各相の端部は、交流の電力線１３を介して前記直列に配置した前記上アーム７ｅのパワー素子７ａと前記下アーム７ｆのパワー素子７ａとの中間点にそれぞれ電気的に接続されている。

また、図示のように、バッテリの正極側端子および負極側端子が、直流電力線を介して前記インバータモジュール７ｃの正極側および負極側にそれぞれ電気的に接続されている。

また、図示のように、前記交流の電力線１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相には、電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖ，１０５Ｗが設けられており、各々の各出力は出力リード端子１９から取り出され、各出力を処理する処理回路部１０５Ｃを介して前記制御回路部１０３によって取り込まれ該制御回路部１０３により前記通電制御に使用される。なお、前記処理回路部１０５Ｃは、前記電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖ，１０５Ｗの出力の増幅、当該出力値からベクトル演算などによる前記電力線１３のＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の導出、等を行う。前記電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖ，１０５Ｗは、例えば、後述の図２の縦断側面図においては、Ｕ相とＶ相の２つの電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖを図示してあるが、Ｗ相の電流検出装置１０５Ｗについては、図示されない位置に配設されている関係上、図示されていない。また、前記電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖ，１０５Ｗは、後述のロータ軸４（図２参照）を取り囲むように、該ロータ軸４と直交する面内に周方向に間隔を隔てて配設されている。

前記インバータモジュール７ｃにおいて、それぞれのパワー素子７ａのスイッチング動作は、前記制御回路部１０３からの指令により、信号リード線１１を通して制御される。また、前記制御回路部１０３は、前記界磁電流制御回路部１０４を制御して前記界磁巻線２ａに流す界磁電流を調整する。

前述のようなパワー部１０２を備えた制御装置一体型回転電機１０１は、車載用の場合は、エンジンの始動時に、バッテリから直流電力線を介して直流電力がパワー部１０２に給電される。そして、制御回路部１０３がインバータモジュール７ｃの各パワー素子７ａをＯＮ／ＯＦＦ制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。そして、この三相交流電力が交流の電力線１３を介して電機子巻線１ａに供給される。これにより、界磁電流制御回路部１０４により界磁電流が供給されているロータの界磁巻線２ａの周囲に回転磁界が与えられ、ロータ２が回転駆動され、回転電機用プーリ、ベルト、クランクプーリ、クラッチ（ＯＮ）を介してエンジンが始動される。

一方、エンジンが始動されると、エンジンの回転動力がクランクプーリ、ベルト、回転電機用プーリ６を介して制御装置一体型回転電機１００に伝達される。これにより、ロータ２が回転駆動されて電機子巻線１ａに三相交流電圧が誘起される。そこで、制御回路部１０３が各パワー素子７ａをＯＮ／ＯＦＦ制御し、電機子巻線１ａに誘起された三相交流電力を直流電力に変換して、当該直流電力によりバッテリを充電し、また、車載の他の補機を駆動する。

次に、図２および図３により、制御装置一体型回転電機１００の構造を説明する。

前記回転電機本体部１０１のステータ１およびロータ２は、ハウジング３の中に収納されている。前記ハウジング３はフロントハウジング部３ａとリヤハウジング部３ｂとを備え、前記リヤハウジング部３ｂのリヤ側の開口部３ｃを覆うカバー２９によってロータ軸４のリヤ側の軸受５が支持され、前記フロントハウジング部３ａによって前記ロータ軸４のフロント側の軸受５が支持される。

本実施の形態における前記回転電機本体部１０１は、プーリ６でベルト（図示省略）を介してエンジン等の負荷（図示省略）と接続されており、前記回転電機本体部１０１の出力がベルトを伝達して負荷を駆動する。場合によっては、負荷の運動によってベルトを介して回転電機本体部１０１で発電する。

前記プーリ６と反対側のリヤハウジング３ｂの内部に整流板２８が取り付けられている。前記回転電機本体部１０１の前記電機子巻線１ａの電流を制御するためのパワー素子７ａがヒートシンク８に搭載されたパワー部１０２が、前記整流板２８に取り付けられている。

また、前記パワー素子７ａを駆動させるための前記制御回路部１０３は、制御基板９に組み込まれている。前記制御基板９は、前記パワー素子７ａのリヤ側に位置して前記リヤハウジング３ｂに取り付けられた保持部材２７に取り付けられる。また、結露から保護するために、前記制御基板９は前記制御回路部１０３と共に封止樹脂２６によって封止されている。

前記パワー素子７ａと前記制御基板９上の制御回路部１０３とは、信号リード線１１を中継して接続されている。ステータ１には電機子巻線１ａが形成されており、この電機子巻線１ａのコイルエンド１３ａは前記電力線１３として使用され、前記整流板２８に設けられた貫通穴１４を通ってパワー部１０２のパワ−素子７ａに接続される。この際、前記コイルエンド１３ａは、前記ロ−タ軸４と平行をなして真直ぐに反負荷側（リヤ側）に引き出され、前記電力線１３の直線状部を構成する。

一方、前記制御基板９上の前記制御回路部１０３は、前記インバータモジュール７ｃ（図１参照）の前記パワー素子７ａのゲートを駆動させるドライブ回路、保護回路、前記回転電機本体部１０１の出力を制御するコントロール回路、などで構成されており、これらの回路で保護やコントロール等を行うのに供する目的で、前記電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖおよび図示されない位置に配設の電流検出装置１０５Ｗが設けられている。前記電流検出装置１０５Ｕ，１０５Ｖ，１０５Ｗは、何れも、検出素子１５と、この検出素子１５の出力リ−ド端子１９からの出力の処理回路部１０５Ｃ（図１参照）とから構成され、前記検出素子１５は、その前記出力リ−ド端子１９が前記制御基板９とはんだ付されて前記制御基板９と一体化されている。

なお、図示してないが、前記構成の電流検出装置は、前記バッテリ（図１参照）の入出力線となる前記直流電力線のＤＣ電流や、前記界磁巻線２ａに流れる界磁電流、などを検出する場合にも使用される。

前記検出素子１５は、電流が流れる導体（図１、図２における前記電力線１３の前記直線状部１３ａ）の周囲に発生する磁束密度をホール効果や磁気抵抗効果で検出する磁気応動形の検出素子からなり、集磁するためのコア１６が導体の周囲に設けられる。

前記電機子巻線１ａの前記コイルエンド（前記直線状部）１３ａとコア１６、および磁気応動形の検出素子１５のパッケージ１５ａの位置関係の事例は、図３に示してある。図３では、検出素子１５は、リード端子１９が設けられたホール素子の場合を例示してある。

前記電機子巻線１ａのコイルエンド１３ａの周囲に設けられたコア１６の一部にエアギャップ１８が形成され、前記磁気応動形の検出素子１５のパッケージ１５ａが前記エアギャップ１８内に挿入されて固定される。前記コイルエンド１３ａに流れる電流によって、透磁率が高いコア１６内部に図中矢印の方向に強い磁束が形成され、該磁束は前記エアギャップ１８内に配置されたホール素子等の磁気応動形の検出素子１５を貫通する。前記磁気応動形の検出素子１５を貫通する磁束密度と電流は比例の関係にあるため、前記磁気応動形の検出素子１５の出力から前記電機子巻線１ａの電流量を検出することができる。

前記コア１６は、回転電機本体部１０１のロ−タ軸４と平行をなして延設された前記コイルエンド（前記電力線１３の直線状部）１３ａのリヤ側の端部から挿入して、他部材の干渉もなく、前記コイルエンド（前記電力線１３の直線状部）１３ａを囲繞するように、容易に組付けることができる。前記コア１６を取り付ける対象物としては、各種の対象物が可能である。例えば、前記コア１６は、前記整流板２８あるいは前記保持部材２７、もしくは前記リヤハウジング３ｂに取り付けて固定することができ、設計に応じて柔軟に対応することができる。

この発明の実施の形態１の制御装置一体型回転電機１００おいては、前述のように、回転電機本体部１０１と、この回転電機本体部１０１のロ−タ軸４の軸線Ｃの長手方向に前記回転電機本体部１０１に隣接して並設され制御されることにより前記回転電機本体部１０１への通電制御を行うパワ−素子７ａと、前記長手方向に前記パワ−素子７ａに隣接して前記回転電機本体部１０１とは反対の側に並設され前記パワ−素子７ａを制御する制御回路部１０３と、前記回転電機本体部１０１と前記パワ−素子７ａとを接続し略直線状を成す直線状部１３ａを有する電力線１３、および前記直線状部１３ａに設けられ前記電力線１３を通して前記パワ−素子７ａと前記回転電機本体部１０１との間に流れる線電流を前記直線状部１３ａで検出しその出力が前記制御回路部１０３により前記通電制御に使用される電流検出装置１０５とを備えた構成であるので、制御装置一体型回転電機１００おいて、前記電流検出装置１０５の取り付けが容易であり、また、電力線１３の配線長さも短くなる。

この発明の実施の形態１の制御装置一体型回転電機１００おいては、前述のように、前記パワ−素子７ａおよび前記電流検出装置１０５が、前記回転電機本体部１０１と前記制御回路部１０３との間に配設されているので、回転電機本体部１０１に、先ず前記電流検出装置１０５の前記コア１５を組み付け、順次前記制御回路部１０３を組付けることにより、高精度に一方向組立てが可能となる。

また、前記制御回路部１０３を前記パワ−素子７ａおよび前記電流検出装置１０５と前記前記回転電機本体部１０１との間に配設した場合に比べ、前記制御回路部１０３が、前記回転電機本体部１０１と前記パワ−素子７ａとの双方から熱の影響を受けるようなことが無くなり、前記制御回路部１０３の信頼性が向上し、また、電力線１３の配線長さも短くなる。

また、この発明の実施の形態１の制御装置一体型回転電機１００おいては、前記電流検出装置１０５が、前記直線状部１３ａを囲み、前記直線状部１３ａに流れる電流によって発生する磁束の通路となるコア１６と、このコア１６の磁束の強さに応じた出力を出す検出素子１５とを備え、前記検出素子１５の出力リ−ド端子１９が前記制御回路部１０３に一体に結合され、前記コア１６が前記パワ−素子７ａ側に配設されているので、制御回路部１０３と、コア１６が配設されるパワー部１０２の主回路とを電気的に分離可能とし、パワー部１０２の主回路から制御回路部１０３へのノイズの進入を防止することができる。

また、この発明の実施の形態１の制御装置一体型回転電機１００おいては、前記直線状部１３ａが、前記回転電機本体部１０１の電機子巻線２ａのコイルエンドであるので、部品点数を削減することができる。

また、この発明の実施の形態１の制御装置一体型回転電機１００おいては、前記ロ−タ軸４の軸受５を保持するハウジング３内に、前記パワ−素子７ａと前記制御回路部１０３と前記電流検出装置とが内蔵されているので、前記パワ−素子７ａと前記制御回路部１０３と前記電流検出装置とを各々個別のハウジング内蔵する場合に比べ、部品点数を削減することができる。

実施の形態２．
以下この発明の実施の形態２を、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図で示す図４により説明する。なお、図４において前述の図１〜図３と同一または相当部分には図１〜図３と同一の符号を付し、以下の説明は前述のこの発明の実施の形態１と相違する点を主体的に説明し、他の説明は割愛する。

図４に示すように、樹脂からなる保持部材２７の一部に肉厚部２３が形成され、該肉厚部２３中にコア１５が内包されている。前記コア１５は、前記保持部材２７を成形する際に、インサート成形することよって作製することができる。前記保持部材２７には、必要に応じて、前記電機子巻線１ａのコイルエンド（電力線）と前記パワ−素子７ａとを接続する接続導体であるバスバー２０、あるいは外部接続端子２４などが取り付けられる。

このように構成することによって、コア１６を回転電機に保持することができる。また、コアの防水性、防錆性も向上し、信頼性の高い組み付け構造が実現できる。

また、観点を変えて説明すると、前記保持部材２７は、前記制御回路部１０３、前記コア１５、前記バスバー２０、および前記外部接続端子２４に対する共通の保持部材である。このように共通の保持部材２７で複数のコア１６，１６をインサート成形で固定するので、個々のコアを固定するための部材が不要となり、電流検出の関連部品相互の位置精度が向上し、各々の干渉ばらつきが低減でき、また、高剛性で耐震性に優れた構造を実現でき、更にまた、図２に比べて、検出素子１５およびコア１６が回転電機本体１０１から遠い位置になるので、回転電機本体部１０１自体が発生する磁界の影響を受け難くなり検出精度を向上できる構造を実現できる。

実施の形態３．
以下この発明の実施の形態３を図５〜図７により説明する。図５は制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図、図６は図５に示す制御装置一体型回転電機の組み立て工程を説明するための図、図７は図６の組み立て工程に続く次の組み立て工程を説明するための図である。なお、図５〜図７において前述の図１〜図３と同一または相当部分には図１〜図３と同一の符号を付し、以下の説明は前述のこの発明の実施の形態１と相違する点を主体的に説明し、他の説明は割愛する。また、図５〜図７における回転電機本体部は、図１〜図４と同様に界磁巻線型回転電機を例示してある。

本実施の形態３は、前述の実施の形態１の図２と異なり、前述のパワ−部１０２、制御回路部１０３、および電流検出装置１０５が、前述のハウジング３の反負荷側（リヤ側）の外側に配設されており、最後部（最もリヤ側）の制御回路部１０３は、前記ハウジング３とは独立したケ−ス１０に内蔵され、前記ハウジング３にはステ−タ１およびロ−タ２だけが内蔵されている。また、前記ハウジング３にはステ−タ１およびロ−タ２だけが内蔵されているので、両端の軸受５，５に支承されるロ−タ軸４は、前述の実施の形態１では制御回路部１０３を貫通しているが、本実施の形態３では、制御回路部１０３を貫通しない構造となっている。

次に、図５に示されている制御装置一体型回転電機１００の組み立て工程を、図６および図７により、工程順に説明する

ステ−タ１の電機子巻線１ａのコイルエンド１３ａは、回転電機本体部１０１の反負荷側方向にロ−タ軸４の軸心Ｃと平行に真直ぐに伸ばされて直線状である。この直線状部であるコイルエンド１３ａの先端（反負荷側方向の先端）に、コア１６を、矢印で示すように、コイルエンド１３ａの長手方向反負荷側から負荷側の方向へ挿入する（図６の工程１）。

次いで、予めケース１０に組みつけられた制御基板９に出力リ−ド端子１９がはんだ付けされた検出素子１５が、矢印で示すように反負荷側から負荷側へのケ−ス１０の移動に伴って反負荷側から負荷側へ移動される（図６の工程２）。

引き続き反負荷側から負荷側へケ−ス１０を移動し、コア１６のエアギャップ１８（図３参照）に挿入される所定位置まで移動した後、ケース１０をハウジング３に固定する。このケース１０のハウジング３への固定により、検出素子１５がエアギャップ１８と所定の位置関係（図３参照）に保持される（図６の工程３）。

Ｕ相の電流検出装置１０５Ｕ、Ｖ相の電流検出装置１０５Ｖ、および図示されていないＷ相の電流検出装置１０５Ｗは、前述の工程１〜３により、対応コア１６へ同時に組み込まれる。

なお、ケース１０をハウジング３に固定してから、予め検出素子１５を組付けた制御基板９をケース１０に反負荷側から負荷側へ収納し、この収納に伴って検出素子１５が反負荷側から負荷側へ移動され、コア１６のエアギャップ１８に挿入されるようにしてもよい。また、先に検出素子１５を組み付けた後に、ケース１０と制御基板９とを、反負荷側から負荷側の方向へ組みつけてもよい。

次に、前述のケース１０のハウジング３への固定後、ステ−タ１のコイルエンド１３ａの先端部を、予めケ−ス１０に取り付けられたバスバ−２０にはんだ付けしてコイルエンド１３ａとバスバ−２０とを電気的に接続し、また、バスバ−２０とパワ−素子１０２および外部接続端子２４とも接続し、更に、予め制御基板９に取り付けられた信号リ−ド線１１もパワ−部１０２のパワ−素子のゲ−ト（図示省略）に接続する（図７の工程４）。

なお、コイルエンド（直線状部）１３ａとバスバ−２０との接続、バスバ−２０とパワ部１０２との接続、信号リ−ド線１１とパワ−部１０２のパワ−素子のゲ−トとの接続は、各相単位で行われる。

次に、ケ−ス１０内への樹脂の充填を行い、この樹脂充填により前記制御基板９の反負荷側および負荷側に亘って、制御回路部１０３、制御基板９をモ−ルドする（図７の工程５）。

前記工程５で樹脂の充填を行った後、ケ−ス１０の開口部１０ａを、蓋体１０ｂで塞ぐ（図７の工程６）。

このように、コア１６をコイルエンド（直線状部）１３ａに貫通して組付けることで、回転電機本体部１０１のロ−タ軸４の延在方向（長手方向）に一方向に構成部品を組み立てていくことが可能であり、組立作業を容易に行うことが可能であるとともに、組立精度を高精度化することできる。

実施の形態４．
以下この発明の実施の形態４を、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図で示す図８により説明する。なお、図８において前述の図１〜図７と同一または相当部分には図１〜図７と同一の符号を付し、以下の説明は前述のこの発明の実施の形態１〜３と相違する点を主体的に説明し、他の説明は割愛する。
本実施の形態４は、コア１６をハウジング１０に搭載した構造の事例であり、図８に示すように、ハウジング３の貫通孔１４の周辺に台座２１が形成されており、この台座２１上に絶縁層２２を形成するとともに、コア１６を前記絶縁層２２上に取り付けてある。前記絶縁層２２は、前記コア１６をハウジング３に接着する接着層あるいは、絶縁樹脂が芯材となって両面に接着層を設けたラミネート材であれば、コア１６をハウジング３に直接固定することができ、絶縁性と固定強度が両立できる。

実施の形態５．
以下この発明の実施の形態５を、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図で示す図９により説明する。なお、図９において前述の図１〜図８と同一または相当部分には図１〜図８と同一の符号を付し、以下の説明は前述のこの発明の実施の形態１と相違する点を主体的に説明し、他の説明は割愛する。

図９において、制御基板９はケース１０の中に収納されており、パワー部１０２から制御基板９に至るゲート駆動用の信号リード線１１、電圧モニタ用の信号リード線１１が、ケース１０を貫通して制御基板９上の制御回路部１０３に接続されている。

また、前記ケース１０には、主配線からなるバスバー２０をインサートして保持しているとともに、外部との接続端子２４が設けられている。バッテリなどの外部から外部配線２４とバスバー２０とがケース１０を支持構造として結線される。前記ケース１０の一部には肉厚部２３が形成されており、コア１６が、バスバー２０と同様に肉厚部２３にインサート成形により取り付けられる。

ステータコイルのコイルエンド１３ａは、その先端部が、ケース１０にインサート成形で取り付けられたコア１６を貫通しながらケース１０の負荷側壁部（保持部材）１０ｃを貫通し、ケース１０にインサート成形で取り付けられたバスバー２０と接続される。

また、前記ケース１０には、少なくとも２箇所以上の位置決め突起２５がケースと一体成形によって形成され、制御基板９には、前記突起２５がはまり込む貫通穴または止まり穴（図示省略）が形成される。前記制御基板９を前記ケース１０に搭載する際、前記突起２５を前記穴に挿入しながら位置決めして収納する。なお、制御基板を位置決めするための突起は、別部材を固定することによって形成しても差し支えない。また、このような制御基板９の取り付けは、前述の実施の形態１〜４においても同様の取り付けを行う。

前述のように、前記コア１６は予め前記ケース１０にインサート成形されて一体的に保持されるため、前記コア１６を保持固定する別の構造体を設ける必要がないので、前記コア１６を精度良く剛性高く回転電機に取り付けることができる。また、前記コア１６は、前記バスバー２０と同時にインサート成形で取り付けられるので、工程数が増える懸念もない。また、前記制御基板は、ケースに対して前述の位置決め構造を使って高精度に搭載されるため、前記コア１６と前記検出素子１５との相対的位置についても高精度に位置決めされ、検出精度を向上することができる。

実施の形態６．
以下この発明の実施の形態６を図１０および図１１により説明する。図１０は界磁巻線が発生させる磁界が半径方向に発生することを示す制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図、図１１はロータ巻線が発生させる磁界と電流検出装置との関係を示す斜視図である。なお、図１０および図１１において前述の図１〜図９と同一または相当部分には図１〜図９と同一の符号を付し、以下の説明は前述のこの発明の実施の形態１〜５と相違する点を主体的に説明し、他の説明は割愛する。

図１０に示すようにハウジング３の外側には、界磁巻線２ａが発生させる磁界ＭＦが半径方向（矢印ＭＦＤ）に発生することがわかる。したがって、回転電機本体部１０１の円周に対して放射状に磁界ＭＦが発生し、この放射状磁界ＭＦが、制御装置一体型回転電機１００に設けられた磁気応動形の検出素子１５に影響を及ぼす。このような回転電機本体部１０１が発生する磁界ＭＦによる磁気応動形の検出素子１５への影響を抑制あるいは防止するため、磁気応動形の検出素子１５ならびにコア１６を図１１のように配置する。

図１１において、電機子巻線１ａのコイルエンド１３ａは回転電機本体部１０１の軸心Ｃから半径方向に任意の距離隔てた位置で軸心Ｃの延在方向に反負荷側に伸びている。前記電機子巻線１ａを流れる線電流を検出するためにコイルエンド１３ａを囲んだ状態に配設されたＣ字型のコア１６のエアギャップ１８に磁気応動形の検出素子１５が設けられている。

前記エアギャップ１８は、図示のように、その中心が前記回転電機本体部１０１の軸心Ｃと前記Ｃ字型コア１６の中心とを通る直線にほぼ重なるように配置されており、また、当該直線と、前記磁気応動形の検出素子１５の検出面とが略平行になるように、前記磁気応動形の検出素子１５が配置されている。換言すれば、前記コイルエンド１３ａに流れる電流によって発生し前記検出素子１５を通る磁束ＣＥＭＦが、回転電機本体部１０１の径方向と略直交するように前記コア１６および前記検出素子１５が配設されている。

回転電機本体部１０１のロータ２あるいはステータ１から発生する磁界は、前述した図１０の矢印に示すように、ハウジング外側では、半径方向ＭＦＤに放射状に発生する。これに対して、前述した図１１のように磁気応動形の検出素子１５を配置することによって、検出面に前記回転電機本体部１０１の磁束が錯交することがなく、回転電機の磁界発生の影響を小さくすることができる。また、前述した図１１のようにコア１６を配置することによって、前記回転電機本体部１０１の半径方向の磁束は、コア１６の両ア−ム部１６ａ，１６ｂをバイパスして磁気応動形の検出素子１５の外側に抜けるため、磁気応動形の検出素子１５の検出面１５ｂに磁束が回り込むことがなく、磁気応動形の検出素子１５の出力に影響することがない。また、完全に前記バイパスをせずに漏洩する前記回転電機本体部１０１の半径方向の磁束が前記コイルエンド１３ａに流れる電流によって発生し前記検出素子１５を通る磁束ＣＥＭＦに若干の影響を与えるとしても、当該回転電機本体部１０１の半径方向の漏洩磁束と前記コイルエンド１３ａに流れる電流によって発生し前記検出素子１５を通る磁界ＣＥＭＦとは直交しているので、磁気応動形の検出素子１５の出力を例えばベクトル解析することにより前記コイルエンド１３ａに流れる電流によって発生し前記検出素子１５を通る磁束ＣＥＭＦを正確に導出することができる。

このようにして、回転電機本体１０１の巻線による磁界の影響を防止でき、従って、制御装置一体型回転電機１００に、電機子巻線１ａに流れる線電流を検出する検出素子１５を搭載しても、高い検出精度を実現することができる。

なお、前述の実施の形態１〜６において説明してきた回転電機本体部１０１は、クローポール磁極を有するタイプであるが、永久磁石タイプを採用してもよい。永久磁石タイプでＮｄＦｅ等の強い磁石を有する場合、センサ、制御回路部などに対する回転磁界の影響が大きいので、本発明は好適である。

また、本発明では、制御回路部と一体化した回転電機への電流検出装置の前述のような適用において、電流検出部の補正に、例えばステータの温度をモニターして、電流検出部の出力を補正することもでき、その場合、電流検出装置の検出精度を更に向上することができる。

また、本発明は、インバータ機能を持った制御回路部を有して電動機として作動する回転電機のみならず、発電、整流機能を有する電流検出部を有する交流発電機に適用しても無論同じ効果を奏し、電機子の電流を検出して制御する制御装置が一体化された回転電機であれば同じく適用することができる。

この発明の実施の形態１を示す図で、回転電機本体部の巻線と制御回路との接続関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、図２における電流検出装置の拡大斜視図である。 この発明の実施の形態２を示す図で、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図である。 この発明の実施の形態３を示す図で、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図である。 この発明の実施の形態３を示す図で、図５に示す制御装置一体型回転電機の組み立て工程を説明するための図である。 この発明の実施の形態３を示す図で、図６の組み立て工程に続く次の組み立て工程を説明するための図である。 この発明の実施の形態４を示す図で、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図である。 この発明の実施の形態５を示す図で、制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図である。 この発明の実施の形態６を示す図で、ロータ巻線が発生させる磁界が半径方向に発生することを示す制御装置一体型回転電機の全体の縦断側面図である。 この発明の実施の形態６を示す図で、ロータ巻線が発生させる磁界と電流検出装置との関係を示す斜視図である。

符号の説明

１００ 制御装置一体型回転電機、
１０１ 回転電機本体部、
１０２ パワ−部、
１０３ 制御回路部、
１０４ 界磁電流制御回路部、
１０５Ｃ 処理回路部、
１０５Ｕ Ｕ相線電流の電流検出装置、
１０５Ｖ Ｖ相線電流の電流検出装置、
１ ステータ、
１ａ 電機子巻線、
２ ロータ、
２ａ 界磁巻線、
２ ロータコア、
３ ハウジング、
３ａ フロントハウジング部、
３ｂ リヤハウジング部、
３ｃ リヤハウジング部のリヤ側開口部、
４ ロ−タ軸、
５ 軸受、
６ プーリ、
７ａ パワー素子、
７ｂ ダイオ−ド、
７ｃ インバータモジュール、
７ｄ コンデンサ、
７ｅ 上アーム、
７ｆ 下アーム、
８ ヒートシンク、
９ 制御基板、
１０ ケース、
１０ａ 開口部、
１０ｂ 蓋体、
１０ｃ 負荷側壁部（保持部材）、
１１ 信号リード線、
１３ 交流の電力線、
１３ａ コイルエンド（直線状部）、
１４ 貫通孔、
１５ 検出素子、
１５ａ 検出素子のパッケージ、
１５ｂ 検出素子の検出面、
１６ コア、
１６ａ，１６ｂ コアのア−ム部、
１８ エアギャップ、
１９ 電流検出素子の出力リード端子、
２０ バスバー、
２１ 台座、
２２ 絶縁層、
２３ ケースの肉厚部、
２４ 外部接続端子、
２５ 位置決め突起、
２６ 封止樹脂、
２７ 保持部材、
２８ 整流板、
Ｃ 回転電機本体部の軸心（ロ−タ軸の軸心）、
ＣＥＭＦ コイルエンドに流れる電流によって発生し検出素子を通る磁束、
ＭＦ 界磁巻線の磁界、
ＭＦＤ 界磁巻線の磁界の方向（径方向）。

Claims (10)

1. 回転電機本体部、この回転電機本体部のロ−タ軸軸線の長手方向に前記回転電機本体部に隣接して並設され制御されることにより前記回転電機本体部への通電制御を行うパワ−素子、前記長手方向に前記パワ−素子に隣接して前記回転電機本体部とは反対の側に並設され前記パワ−素子を制御する制御回路部、前記回転電機本体部と前記パワ−素子とを接続し略直線状を成す直線状部を有する電力線、および前記直線状部に設けられ前記電力線を通して前記パワ−素子と前記回転電機本体部との間に流れる電流を前記直線状部で検出しその出力が制御回路部により前記通電制御に使用される電流検出装置を備えた制御装置一体型回転電機。
2. 請求項１に記載の制御装置一体型回転電機において、前記パワ−素子および前記電流検出装置が、前記回転電機本体部と前記制御回路部との間に配設されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の制御装置一体型回転電機において、前記電流検出装置が、前記直線状部を囲み前記直線状部に流れる電流による磁束の通路となるコアと、このコアの磁束の強さに応じた出力を出す検出素子とを備え、前記検出素子の出力リ−ド端子が前記制御回路部に一体に結合され、前記コアが前記パワ−素子側に配設されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
4. 請求項１または請求項２に記載の制御装置一体型回転電機において、前記電流検出装置が、前記直線状部を囲み前記直線状部に流れる電流による磁束の通路となるコアと、このコアの磁束に応じた出力を出す検出素子とを備え、前記パワ−素子と前記制御回路部との間に介在する保持部材に前記コアがインサ−トされて保持されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一に記載の制御装置一体型回転電機において、前記電力線が各相毎に個別に配設された電力線であり、それぞれ異なる相の電流を検出する複数の電流検出装置が、前記パワ−素子と前記制御回路部との間に介在する共通の保持部材に保持されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
6. 請求項４または請求項５に記載の制御装置一体型回転電機において、前記保持部材に前記制御回路部が位置決め構造により所定位置に保持されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一に記載の制御装置一体型回転電機において、前記直線状部が、前記回転電機本体部の電機子巻線のコイルエンドであることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
8. 請求項３〜請求項６の何れか一に記載の制御装置一体型回転電機において、前記検出素子を通る磁束が、回転電機本体部の径方向と略直交するように前記コアおよび前記検出素子が配設されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
9. 請求項１〜請求項８の何れか一に記載の制御装置一体型回転電機において、前記ロ−タ軸の軸受を保持するハウジング内に、前記パワ−素子と前記制御回路部と前記電流検出装置とが内蔵されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
10. 請求項１〜請求項３の何れか一に記載の制御装置一体型回転電機において、前記ロ−タ軸の軸受を保持するハウジングの外に、前記パワ−素子と前記制御回路部と前記電流検出装置とが配設されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。

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