JP2006230125A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関するもので、特に車両用電動機、車両用発電電動機等の回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine such as a vehicular motor and a vehicular generator motor.
従来、シャフトに2個のロータが直列に取付けられ、該2個のロータに対向するようにステータが設けられた回転電機がある。この回転電機は、ステータに設けられた電磁石のコイルに流れる電流を同期制御して、スムーズなロータ回転を生じさせるために、ロータ位置を検出するロータ位置検出装置が設けられている。このロータ位置検出装置は、シャフトの一端近傍にロータと直列に取付けられ、ロータの回転位置を検出する(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、近年、上記従来技術の回転電機において、2個のロータ間の連結部分に対向するステータ部は、トルクを発生させるためのロータおよびステータ間の有効磁束部には寄与していないことが明らかとなってきた。しかしながら、上記従来技術では、ステータに有効磁束部に寄与しない部分があることを考慮せず、ロータ位置検出装置がシャフトの一端にロータと直列配置されているため、回転電機の軸方向の長さがロータ位置検出装置分不要に長くなっている。これでは、回転電機の小型化といった要求を十分に満足することはできず、改良の余地を残している。 By the way, in recent years, in the conventional rotating electrical machine, it is clear that the stator portion facing the connecting portion between the two rotors does not contribute to the effective magnetic flux portion between the rotor and the stator for generating torque. It has become. However, in the above prior art, the rotor position detection device is arranged in series with the rotor at one end of the shaft without considering that the stator does not contribute to the effective magnetic flux portion. However, it is unnecessarily long for the rotor position detecting device. In this case, the demand for downsizing of the rotating electrical machine cannot be sufficiently satisfied, and there is room for improvement.
そこで、本発明は、ロータが直列配置された回転電機において、発生トルクを減少させることなく、回転電機の小型化といった要求を十分に満足できる回転電機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can sufficiently satisfy the demand for downsizing of the rotating electrical machine without reducing the generated torque in the rotating electrical machines in which the rotors are arranged in series.
上記課題を解決するために、本発明の回転電機は、回転自在に支持されたシャフトと、前記シャフトに取付けられた第1ロータと、前記シャフトに取付けられ、前記第1ロータと軸方向に直列配置された第2ロータと、前記シャフトと同軸に配設されたステータと、前記ステータに含まれ、前記第1ロータと対向して配設された第1ステータコア部と、前記ステータに含まれ、前記第2ロータと対向して配設された第2ステータコア部と、前記第1ロータと前記第2ロータとの連結部分から前記第1ステータコア部と前記第2ステータコア部との間に向かって形成されるスペースに設けられ、前記第1ロータおよび前記第2ロータの回転位置を検出するロータ位置検出装置と、を有することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, a rotating electrical machine according to the present invention includes a shaft that is rotatably supported, a first rotor that is attached to the shaft, and a shaft that is attached to the shaft and is in series with the first rotor in the axial direction. A second rotor disposed; a stator disposed coaxially with the shaft; a first stator core portion included in the stator and disposed opposite the first rotor; and included in the stator. A second stator core portion disposed opposite to the second rotor, and a connection portion between the first rotor and the second rotor and formed between the first stator core portion and the second stator core portion. And a rotor position detecting device for detecting the rotational positions of the first rotor and the second rotor.
本発明の回転電機にあっては、ロータ位置検出装置を第1ロータと第2ロータの連結部から第1ステータコア部と第2ステータコア部との間に向かって形成されるスペースに設けたので、トルクに寄与しないスペースを有効に利用することができ、発生トルクを減少させることなく回転電機の軸方向の長さが長くなることを防止できる。したがって、回転電機の小型化といった要求を十分に満足することできる。 In the rotating electrical machine of the present invention, the rotor position detection device is provided in the space formed between the first stator core portion and the second stator core portion from the connecting portion of the first rotor and the second rotor. The space that does not contribute to the torque can be used effectively, and the axial length of the rotating electrical machine can be prevented from increasing without reducing the generated torque. Therefore, the request | requirement, such as size reduction of a rotary electric machine, can fully be satisfied.
回転電機の構造は、バッテリの充電等を行う一般的な車両用交流発電機(オルタネータ)と基本的に同様である。一般的なオルタネータと大きく異なる点は、力行運転を行うためにロータの位置検出装置を有している点と、発生トルクを増大させるためにランデル型のロータを2個軸方向に直列配置している点である。力行運転を行うためにロータ位置を検出するのは、スムーズなロータ回転を生じさせるためにステータに設けられた三相のステータコイルに流れる電流を同期制御するためである。 The structure of the rotating electrical machine is basically the same as that of a general vehicle AC generator (alternator) that charges a battery. The major difference from a general alternator is that it has a rotor position detection device to perform power running operation, and two Rundel type rotors are arranged in series in the axial direction to increase the generated torque. It is a point. The reason why the rotor position is detected in order to perform the power running operation is to synchronously control the current flowing through the three-phase stator coil provided in the stator in order to cause smooth rotor rotation.
ロータ位置検出装置の態様としては、複数種類考えられるので、以下では、ロータ位置検出装置ごとに実施形態に分けて説明する。
(第1実施形態)
図1は本実施形態における回転電機の構造を示す断面図、図2はロータの分解斜視図、図3は組み合わせた状態のランデル型ロータの斜視図、図4はロータ位置検出装置を示す斜視図、図5は回転電機内の磁束を示す図である。
Since a plurality of types of rotor position detection devices are conceivable, the following description will be divided into embodiments for each rotor position detection device.
(First embodiment)
1 is a cross-sectional view showing the structure of a rotating electrical machine according to the present embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of a rotor, FIG. 3 is a perspective view of a Landell rotor in a combined state, and FIG. 4 is a perspective view showing a rotor position detecting device. FIG. 5 is a diagram showing magnetic flux in the rotating electrical machine.
図1に示すように、この回転電機は、シャフト1と、シャフト1に連結されたロータ3と、ロータ3の外周側に配設されたステータ5と、ステータ5を固定するモータハウジング7、およびロータ位置を検出するロータ位置検出装置9を有している。
As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine includes a shaft 1, a
シャフト1は、モータハウジング7に設けられた軸受保持部にベアリングを介して回転自在に支持されている。シャフト1の外周には、2個のロータ3が固着された状態で設けられ、シャフト1とロータ3が一体回転するようになっている。
The shaft 1 is rotatably supported by a bearing holding portion provided in the motor housing 7 via a bearing. Two
ロータ3は、図2および図3に示すように、2個のポールコア11がボビン13を介して圧入により嵌め合わされた状態で固着しているランデル型ロータである。ボビン13は断面形状がH字形状に形成された部材であり、その両側壁の間の部分に界磁コイル14が巻回されている。ポールコア11は、熱延鋼板を鍛造することにより製作されるため、曲げられた肩部が面取りされたような形状をなし、軸方向の先端部形状は、爪形状をなしている。一対のポールコア11の先端部の間には、補助磁石としての永久磁石15が配設されている。一対のポールコア内部に配置されたボビン13に巻かれた界磁コイル14に電流を通電させると、図3に示すように、一対のポールコア11のうち一方の先端部がN極となる場合、他方の先端部はS極に磁極を形成する。ロータ3は、回転電機が発生するトルクを増大させるために、ステータ5とロータ3が対向する部分が軸方向に大きくなるよう、軸方向にロータが2個、すなわち第1ロータ3aと第2ロータ3bが直列配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ステータ5は、図1に示すように、モータハウジング7の内側に固定され、ステータコア17と三相のステータコイル19から構成されている。ステータコア17は、シート状の鉄板を積み重ねた積層コアで、第1ロータ3aと第2ロータ3bの外周面に対向するように配設される。第1ロータ3aに対向するステータコア部を第1ステータコア部17a、第2ロータ3bに対向するステータコア部を第2ステータコア部17bとする。ステータコア17の内周側には、複数の歯が突出しており、この歯の間に多数のスロット6(図9参照)が周方向に等間隔で形成されている。三相のステータコイル19は、ステータコア17の歯に巻き回され、スロット6に収納され、Y結線またはΔ結線により接続される。
As shown in FIG. 1, the
直列配置された第1ロータ3aと第2ロータ3bの連結部分に対向し、第1ステータコア部17aと第2ステータコア部17bとの間の部分では、ステータコア17は、図5に示すように、磁路の形成とロータの強度を確保する構造体として機能はしているが、トルクを発生させるためのロータ3とステータ5間の有効磁束部には寄与しておらず、トルクに寄与しない部分である。したがって、図1に示すように、この部分に本来設けられるはずのシート状の鉄板を取り付けないことにより、後述のロータ位置検出装置9が設けられるスペースを形成している。
In the portion between the first stator core portion 17a and the second
本実施形態におけるロータ位置検出装置9は、ロータの位置を光学式エンコーダで検出するものである。図4に示すように、光学式エンコーダは、スリット円板21と、フォトインタラプタ(スリット検出手段)25から構成される。スリット円板21は、厚さが数ミリ程度のもので、シャフト1と同軸に第1ロータ3aと第2ロータ3bの間に挟み込まれ、ねじ止め等によりポールコア11に固定される。スリット円板21には、円周方向に等間隔にスリット23が設けられ、このスリット23がフォトインタラプタ25により検出される。スリット検出手段であるフォトインタラプタ25は、発光ダイオードとフォトトランジスタで構成され、検出したスリット23をパルス信号として、回転電機を制御するモータコントローラ(図示しない)に出力するものである。
The rotor
図6はシャフトに対し平行に切った回転電機の部分断面図であり図7はシャフトに対し垂直に切った回転電機の部分断面図である。図6および図7では、共にロータ位置検出装置9を拡大して示している。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the rotating electrical machine cut parallel to the shaft, and FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the rotating electrical machine cut perpendicular to the shaft. 6 and 7 both show the rotor
図6および図7に示すように、第1ロータ3aと第2ロータ3bの連結部分に対向する位置には、シート状の鉄板が取り付けられていない。その代わりに、第1ステータコア部17aおよび第2ステータコア部17bの間にスペースが設けられる。このスペースは、ステータ17に巻き回されているステータコイル19の中心に位置する。したがって、フォトインタラプタ25は、ステータコイル19に接触することなく、これを貫通して、ステータコア17に取り付けられる。フォトインタラプタ25は、モータハウジング7に取り付けられてもよい。
As shown in FIGS. 6 and 7, a sheet-like iron plate is not attached at a position facing the connecting portion of the first rotor 3a and the
以下、本実施形態の作用について図面を用いて説明する。 Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
回転電機が駆動用として作用する場合、モータコントローラから第1ロータ3aおよび第2ロータ3b内に配置された2個の界磁コイル14に、直流電流が供給される。界磁コイル14に電流を通電させることによりポールコア11の一方の先端部がN極となる場合、他方の先端部はS極となる。すると、図5に示すように、界磁コイル14により発生した磁束がロータ3およびステータ5を通り、ロータ3からステータ5に磁束が鎖交する。磁束が鎖交することにより、磁力が発生し、その磁力によりロータ3を回そうとするトルクが発生してシャフト1が回転する。
When the rotating electrical machine acts for driving, a direct current is supplied from the motor controller to the two
このとき、スリット円板21は、第1ロータ3aおよび第2ロータ3bと一体となって回転し始める。フォトインタラプタ25が回転するスリット円板21のスリット23を検出し、回転数に比例したパルス信号をモータコントローラに出力する。モータコントローラは、そのパルス信号に基づき、ロータ3の回転速度、回転角度、および回転方向を演算し、三相のステータコイル19に供給する電流を制御する。これにより回転電機を同期制御でき、回転電機をスムーズに回転させることができる。
At this time, the
以下、本実施形態の効果について説明する。 Hereinafter, the effect of this embodiment will be described.
本発明の回転電機にあっては、ロータ位置検出装置を第1ロータ3aと第2ロータ3bの連結部から第1ステータコア部17aと第2ステータコア部17bとの間に向かって形成されるスペースに設けたので、トルクに寄与しないスペースを有効に利用することができ、発生トルクを低下させることなく回転電機の軸方向の長さが長くなることを防止できる。したがって、回転電機の小型化といった要求を満足することできる。
In the rotating electrical machine of the present invention, the rotor position detecting device is formed in a space formed from the connecting portion of the first rotor 3a and the
さらに、ロータ位置検出装置9を光学式エンコーダとし、ロータ位置を検出するために厚さ数ミリ程度のスリット円板21を第1ロータ3aと第2ロータ3bの間に挟み込んで配設したので、スリット円板21を支持するための部品が不要となり、コストを削減できる。
Furthermore, since the rotor
加えて、ステータ17において、第1ステータコア部17aおよび第2ステータコア部17bの間には、シート状の鉄板は配置されないので、モータを軽量化できる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、ロータ位置検出装置として、光学式エンコーダを用いたが、第2実施形態では、これに代えてホールIC27を用いる。
In addition, in the stator 17, since the sheet-shaped iron plate is not disposed between the first stator core portion 17a and the second
(Second Embodiment)
In the first embodiment, an optical encoder is used as the rotor position detection device, but in the second embodiment, a
以下、第2実施形態について図面を用いて説明する。なお、第1実施形態と同様の構成には、同様の参照番号を付して、その説明を省略する。 The second embodiment will be described below with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図8は、ホールIC27を備えた回転電機をシャフトに対し平行に切った部分断面図、図9はホールIC27を備えた回転電機をシャフトに対し垂直に切った断面図、図10はポールコアを示す斜視図、図11はポールコアをシャフトの伸延方向から見た平面図である。
8 is a partial cross-sectional view of a rotating electrical machine having a
図8に示すようにロータ位置を検出するホールIC27は、第1実施形態と同様に第1ロータ3aと第2ロータ3bの連結部分に対向するスペースに配設される。三相のステータコイル19を貫通して、ステータコア17に固定される。なお、モータハウジング7に固定してもよい。このホールIC27は、360度全周に渡って配設する必要はなく部分的に配設される。
As shown in FIG. 8, the
磁気感応素子であるホールIC27は、U、V、W相のそれぞれを検出する3つのホール素子と、ICとで構成される。ホール素子は、ロータの磁極位置を示す電機信号を出力するものである。ICは、その出力信号をデジタル信号に変換し、モータコントローラに出力する。ロータ3の磁極位置を検出するためには、U、V、W相それぞれのホールIC27は電気角120度間隔で配置される。本実施形態では、ロータ3の磁極数が12なので、電気角360度は、機械角の60度に相当する。したがって、U、V、W相それぞれのホールIC27は、図9に示すように、機械角で20度間隔に配設される。このように各相のホールIC27を、ロータ3の円周に配設することで、ホールIC27が検出するロータ3の磁極により、ロータ3の磁極位置を適切に検出できる。
The
ロータ3を構成するポールコアの肩部11cの形状は、図10、図11に示すように360度をロータの磁極数12で割った値30度となっている。これは、図11の左側に示すポールコアのように、肩部11cがポールコアの中心角30度の範囲より張り出している場合、ホールIC27を配設する位置が周方向にずれると、ポールコアの磁極の検出角度が変わってしまうからである。一方で、図11右側に示すポールコア11のように、肩部11cがいずれの部分もポールコア11の中心角30度の範囲に合致している場合、ホールIC27を配設する位置が周方向にずれても、ポールコアの磁極の検出角度が変わらない。
The shape of the
以下、第2実施形態の作用について図面を用いて説明する。 The operation of the second embodiment will be described below with reference to the drawings.
回転電機が回転を始めると、U相、V相、W相の各ホールIC27は、ホール効果により発生される直流電圧によりロータ3のN極とS極の磁極位置を検出する。図12は、ホールICの検出出力の組合せとゲート信号の組合せを示す図である。図12にセンサ信号として示すように、U、V、Wの各相のホールIC27は、ロータのN極が接近すると、H信号をモータコントローラに出力し、S極が接近するとL信号をモータコントローラに出力する。モータコントローラは、U、V、Wの各相のホールIC27から出力されたH信号およびL信号の組合せに基づき、ロータ3の位置を算出する。そして、モータコントローラは、所望のロータ回転速度を得るために、図12にゲートドライブ信号として示すように、ゲート回路への通電を制御し、各相分の必要トルクに対応する界磁電流を生成して三相のステータコイル19に供給する。これにより回転電機の適切な駆動制御が行われる。
When the rotating electrical machine starts to rotate, the U-phase, V-phase, and W-
以下、第2実施形態の効果について説明する。 Hereinafter, effects of the second embodiment will be described.
ロータ3の磁極位置を検出するホールIC27を第1ロータ3aと第2ロータ3bとの連結部分に対向し、第1ステータコア部17aおよび第2ステータコア部17bとの間に配設したので、トルクに寄与しないスペースを有効に利用することができ、発生トルクを低下させることなく回転電機の軸方向の長さが長くなることを防止できる。さらに、ロータ位置検出装置として、ホールICを用いたので、ロータ3の回転位置を検出するための部品であるスリット円板を配設する必要がなくなり、部品点数を削減できる。また、ロータの磁極位置を直接検出するため、検出精度が向上する。
Since the
なお、図9に示すようにホールIC27は、ステータの内周面よりも突出して配設されているが、これに限定されることはなく、ロータが配置されている空間に突出させずに配設しても本発明の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 9, the
なお、第1実施形態と第2実施形態における回転電機は、2個のタンデム型ロータを軸方向に直列配置しているが、これに限定されない。タンデム型ロータを2個以上複数個配置される回転電機においても、本実施形態における回転電機と同様な効果を得ることできる。 In addition, although the rotary electric machine in 1st Embodiment and 2nd Embodiment has arrange | positioned two tandem-type rotors in series in the axial direction, it is not limited to this. Even in a rotating electrical machine in which two or more tandem rotors are arranged, the same effect as the rotating electrical machine in the present embodiment can be obtained.
また、第1実施形態と第2実施形態における回転電機は、同様なロータを2個連結して直列配置したものであるが、これに限定されない。異なる径を有する複数のロータが連結したモータや、複数のロータが離れて配置されているモータにも本発明を適用することができ、同様な効果を得ることができる。 Moreover, although the rotary electric machine in 1st Embodiment and 2nd Embodiment connects two similar rotors and has arrange | positioned in series, it is not limited to this. The present invention can also be applied to a motor in which a plurality of rotors having different diameters are connected, and a motor in which a plurality of rotors are arranged apart from each other, and similar effects can be obtained.
1…シャフト、
3…ロータ、
3a…第1ロータ、
3b…第2ロータ、
5…ステータ、
6…スロット、
7…モータハウジング、
9…ロータ位置検出装置、
11…ポールコア、
13…ボビン、
14…界磁コイル、
15…永久磁石、
17…ステータコア、
17a…第1ステータコア部、
17b…第2ステータコア部、
19…三相のステータコイル、
21…スリット円板、
23…スリット、
25…フォトインタラプタ、
27…ホールIC。
1 ... shaft,
3 ... Rotor,
3a ... 1st rotor,
3b ... the second rotor,
5 ... Stator,
6 ... slot,
7 ... motor housing,
9: Rotor position detection device,
11 ... Paul Core,
13 ... bobbin,
14: Field coil,
15 ... Permanent magnet,
17 ... stator core,
17a ... 1st stator core part,
17b ... 2nd stator core part,
19 ... three-phase stator coil,
21 ... Slit disk,
23 ... Slit,
25 ... Photo interrupter,
27 ... Hall IC.
Claims (4)
前記シャフトに取付けられた第1ロータと、
前記シャフトに取付けられ、前記第1ロータと軸方向に直列配置された第2ロータと、
前記シャフトと同軸に配設されたステータと、
前記ステータに含まれ、前記第1ロータと対向して配設された第1ステータコア部と、
前記ステータに含まれ、前記第2ロータと対向して配設された第2ステータコア部と、
前記第1ロータと前記第2ロータとの連結部分から前記第1ステータコア部と前記第2ステータコア部との間に向かって形成されるスペースに設けられ、前記第1ロータおよび前記第2ロータの回転位置を検出するロータ位置検出装置と、
を有することを特徴とする回転電機。 A shaft rotatably supported;
A first rotor attached to the shaft;
A second rotor attached to the shaft and arranged in series with the first rotor in the axial direction;
A stator disposed coaxially with the shaft;
A first stator core portion included in the stator and disposed to face the first rotor;
A second stator core portion included in the stator and disposed to face the second rotor;
Rotation of the first rotor and the second rotor is provided in a space formed from a connection portion between the first rotor and the second rotor toward the first stator core portion and the second stator core portion. A rotor position detecting device for detecting a position;
A rotating electrical machine comprising:
前記スペースは、前記ステータにおいて前記第1ステータコア部および前記第2ステータコア部の間に前記鉄板が配置されないことにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The first stator core part and the second stator core part are formed from laminated iron plates,
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the space is formed by disposing the iron plate between the first stator core portion and the second stator core portion in the stator.
前記第1ロータおよび前記第2ロータ間に設けられ、円周方向に所定間隔おきに複数のスリットが形成されたスリット円板と、
前記スペースに設けられ、前記スリット円板に形成されたスリットを検出し、パルス信号を出力するスリット検出手段と、を有し、
前記スリット検出手段が出力する信号により前記第1ロータおよび前記第2ロータの位置を検出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。 The rotor position detecting device is
A slit disk provided between the first rotor and the second rotor and having a plurality of slits formed at predetermined intervals in the circumferential direction;
Slit detecting means provided in the space and detecting a slit formed in the slit disk and outputting a pulse signal;
3. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein positions of the first rotor and the second rotor are detected based on a signal output from the slit detection unit.
前記スペースに設けられ、前記第1ロータおよび前記第2ロータの磁極を検出する磁気感応素子を有し、
前記磁気感応素子が出力する信号に基づき前記第1ロータおよび前記第2ロータの位置を検出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。 The rotor position detecting device is
A magnetically sensitive element provided in the space for detecting magnetic poles of the first rotor and the second rotor;
3. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein positions of the first rotor and the second rotor are detected based on a signal output from the magnetically sensitive element.
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