JP2007151393A - 車両用タンデム式回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構成にて小型軽量の車両用タンデム式回転電機を提供する。
【解決手段】スリップリング給電機構は、ブラシ200とそれに接触するスリップリング201とのペアと、ブラシ202とそれに接触するスリップリング203とのペアとをもつ。204は界磁コイル22の励磁電流を断続制御するトランジスタ、205は界磁コイル32の励磁電流を断続制御するトランジスタ、206はトランジスタ204のベース電流を増幅するエミッタホロワトランジスタ、207はトランジスタ205のベース電流を増幅するエミッタホロワトランジスタ、Dはフライホイルダイオードでありロータコア側に固定されてロータコアとともに回転する。208はロータ側に搭載された信号分配用のデマルチプレクサでありハウジング側のレギュレータから指令信号を受信する。保守が面倒なスリップリング機構を簡素化し、装置体格を縮小することが可能である。
【選択図】図4
【解決手段】スリップリング給電機構は、ブラシ200とそれに接触するスリップリング201とのペアと、ブラシ202とそれに接触するスリップリング203とのペアとをもつ。204は界磁コイル22の励磁電流を断続制御するトランジスタ、205は界磁コイル32の励磁電流を断続制御するトランジスタ、206はトランジスタ204のベース電流を増幅するエミッタホロワトランジスタ、207はトランジスタ205のベース電流を増幅するエミッタホロワトランジスタ、Dはフライホイルダイオードでありロータコア側に固定されてロータコアとともに回転する。208はロータ側に搭載された信号分配用のデマルチプレクサでありハウジング側のレギュレータから指令信号を受信する。保守が面倒なスリップリング機構を簡素化し、装置体格を縮小することが可能である。
【選択図】図4
Description
本発明は、一つの回転軸と複数のステータ・ロータペアをもつ車両用タンデム式回転電機に関する。
二つのランデル型ロータをタンデム結合して出力倍増を図った回転電機(以下、タンデム型回転電機ともいう)が下記の特許文献1ー3などに提案されている。このタンデム式ランデル型回転電機によれば、2つの発電電圧をそれぞれ独立制御可能に出力する回転電機をコンパクトに製造することができる。言い換えれば、2つの回転電機を別々に設置するのに比べて、製造費用及び設置スペースを大幅に削減することができる。このような2発電電圧を独自制御可能に発生することは、たとえば従来の12V系に加えて42V系などの高電圧を別に出力可能な2電圧型回転電機に特に好適である。
この種のタンデム式回転電機では、整流装置は第2ステータ・ロータペアの軸方向外側に配置されるため、整流装置と第1ステータ・ロータペアのステータとをリード線(以下、接続用リード線とも言う)により接続する必要がある。このため、特許文献2は、この接続用リード線を第2ステータ・ロータペアの径方向外側に配設することを提案している。
また、U字状セグメント導体をステータコアのスロットに挿通して順次接続してなるセグメント順次接合ステータコイルがたとえば本出願人の出願になる下記の特許文献5ー12に記載されている。このセグメント順次接合ステータコイルはスロット占積率を大きくでき、かつステータコイルのコイルエンドを整形かつ縮小できる利点を有している。
特開平1−157251号公報
特開平5−137295号公報
特開平5−308751号公報
特開平5−500300号公報
特開2004−048939号公報
特開2004−048941号公報
特開2004−064914号公報
特開2004−048967号公報
特開2004−032882号公報
特開2004−032884号公報
特開2004−032890号公報
現在の車両用交流発電機ではその小型軽量化がますます要求されており、特にタンデム式回転電機ではその軸方向長が増大する傾向があるため、小型軽量化の要求は更に大きい。
上記した特許文献2に開示される第2ステータ・ロータペアの径方向外側を軸方向へ延在する接続用リード線配置方式は、この接続用リード線の絶縁確保、外部衝撃からの機械的保護及び熱的保護のために回転電機が径方向へ膨らんでしまい、体格を増大させエンジンへの装備自由度が低下するという不具合があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な装置構成にて体格縮小が可能な車両用タンデム式回転電機を提供することをその目的としている。
上記課題を解決するこの発明のタンデム式回転電機は、界磁コイルが巻装されたロータコアとステータコイルが巻装されたステータコアとをそれぞれ有する第1ステータ・ロータペア及び第2ステータ・ロータペアと、前記第2ステータ・ロータペアの軸方向外側かつ前記第1ステータ・ロータペアから離れた側に配置されて前記両ステータコイルの発電電圧を整流する整流装置と、前記両ステータ・ロータペアの界磁電流を独立制御するコントローラとを備え、前記2つのロータコアは同一の回転軸に軸方向に隣接して固定されて車載エンジンにより駆動される。なお、ロータはランデル型ロータが好適であるがそれに限定されるものではない。また発電動作に加えて電動動作も行う形式の回転電機でもよい。また、これら二つのステータ・ロータペアに加えて更にステータ・ロータペアをタンデム配置にて追加してもよい。
この発明のタンデム式回転電機は、前記第1ステータ・ロータペアの界磁コイルと前記第2ステータ・ロータペアの界磁コイルに給電するための共通のスリップリング給電機構と、前記ロータコア側に固定されて前記第1ステータ・ロータペアの界磁コイルと前記第2ステータ・ロータペアの界磁コイルの界磁電流を個別に制御する界磁電流制御素子とを有することを特徴としている。
すなわち、この発明では、一対の共通のスリップリングを用いて二つの界磁コイルに共通に給電できるため、タンデム式回転電機の構造を簡素化することができ、摩擦損失も低減でき、回転電機の軸方向長の短縮により小型軽量化も実現することができる。
本発明の車両用タンデム式回転電機の好適な実施態様を以下の実施形態を参照して説明する。ただし、本発明は下記の実施態様に限定されるものではなく、その他の公知技術又はそれと必要機能が等しい技術を組み合わせて本発明を構成しても良いことは当然である。
[実施形態]
(全体構成)
まず、実施形態1の車両用タンデム式回転電機の全体構造を図1を参照して以下に説明する。1はハウジング、2は第1回転電機部、3は第2回転電機部、4は回転軸、5はプーリ、6、7は軸受け、8は整流器、9はレギュレータ、10はスリップリング給電機構である。
(全体構成)
まず、実施形態1の車両用タンデム式回転電機の全体構造を図1を参照して以下に説明する。1はハウジング、2は第1回転電機部、3は第2回転電機部、4は回転軸、5はプーリ、6、7は軸受け、8は整流器、9はレギュレータ、10はスリップリング給電機構である。
ハウジング1は、フロントハウジング11と、センターハウジング12と、リヤハウジング13とからなり、スルーボルト14で締結して構成されている。回転軸4は、軸受け6,7を介してハウジング1に支承されており、プーリ5がハウジング1から前方へ突出する回転軸4の前端部に固定されている。整流器8、レギュレータ9及びスリップリング給電機構10は第2回転電機部3のリヤ側にてリヤハウジング13に固定されている。
第1回転電機部2は、ランデル型ロータコア21と、ランデル型ロータコア21に個別に巻装された界磁コイル22と、ランデル型ロータコア21の径方向外側に配置されたステータコア23と、ステータコア23に巻装されたステータコイル24とを有するステータ・ロータペアからなる。ランデル型ロータコア21は、それぞれボス部211と、ボス部211から径方向外側に延設される爪基端部であるポール部212と、爪部(爪状磁極)213とをそれぞれもつ一対のハーフコアのボス部211同士を突き合わせてなり、ランデル型ロータコア21のボス部211には界磁コイル22が巻装されている。ステータコア23はフロントハウジング11とセンターハウジング12とにより挟設されており、ステータコア23にはステータコイル24が巻装されている。
第2回転電機部3は、ランデル型ロータコア31と、ランデル型ロータコア31に個別に巻装された界磁コイル32と、ランデル型ロータコア31の径方向外側に配置されたステータコア33と、ステータコア33に個別に巻装されたステータコイル34とを有するステータ・ロータペアからなる。ランデル型ロータコア31は、それぞれボス部311と、ポール部312と、爪部313とをもつハーフコアのボス部311同士を突き合わせてなり、ランデル型ロータコア31のボス部311には界磁コイル32が巻装されている。ステータコア33はセンターハウジング12とリヤハウジング13とにより挟設されており、ステータコア33にはステータコイル34が巻装されている。上記した第1回転電機部2及び第2回転電機部3は、典型的なランデル型ロータコアをもつ回転電機であって、その他の構造詳細は通常のランデル型回転電機と同じであるためこれ以上の説明は省略する。
(回路構成の説明)
図2を参照して回路系を説明する。
図2を参照して回路系を説明する。
ステータコイル24は三相星形接続された相巻線U、V、Wをもち、三相交流電圧を三相全波整流器81に出力している。三相全波整流器81は三相全波整流を行って外部に電流i1を出力している。ステータコイル34は三相星形接続された相巻線U’、V’、W’をもち、三相交流電圧を三相全波整流器82に出力している。三相全波整流器82は三相全波整流を行って外部に電流i2を出力している。相巻線U、V、Wの出力端は接続用リード線35〜37により三相全波整流器82の3つの三つの交流入力端811〜813に個別接続されている。
スリップリング給電機構10は一対のスリップリングを有し、その一つはたとえば接地端子をなす界磁コイルの共通端子であり、他の一つはバッテリの正極端子から給電されている。界磁コイル22、32に通電される界磁電流は、ロータコア21、31側に固定された一対の界磁電流制御トランジスタにより個別に通電制御され、レギュレータ9はこれら一対のトランジスタの断続比を制御して界磁電流を個別に制御する。
第2回転電機部3のステータコイル34は、第1回転電機部2のステータコイル24よりも大きいターン数をもち、第1回転電機部2は低電圧用(12V用)、第2回転電機部3は低電圧用(42V用)とされ、第1回転電機部2は図示しない低電圧負荷に給電し、第2回転電機部3は図示しない高電圧負荷に給電している。ただし、この実施形態では、常に給電が必要な重要電気負荷(常用電気負荷)は低電圧負荷として設計され、高電圧負荷はすべて常に給電が必要ではない非優先電気負荷として設計されている。
(ステータコイル24、34の説明)
ステータコイル24、34について図1を参照して説明する。この実施形態では、ステータコイル24、34は公知のセグメント順次接合ステータコイル構造を採用している。このセグメント順次接合ステータコイル構造ではU字状セグメント導体の一対の脚部(直線部)を互いに電気角π離れた二つのスロットに個別に軸方向一方側から挿通し、スロットから飛び出た各U字状セグメント導体の一対の先端部を順次接合して波巻き方式あるいは重ね巻き方式にてステータコイルを構成する。このセグメント順次接合ステータコイルの構造についてはたとえば既述した上記特許文献5−12などにより既に周知となっているため詳細説明については省略する。ただし、ステータコア23、33のスロット数及び1スロットの導体収容位置数は任意である。
ステータコイル24、34について図1を参照して説明する。この実施形態では、ステータコイル24、34は公知のセグメント順次接合ステータコイル構造を採用している。このセグメント順次接合ステータコイル構造ではU字状セグメント導体の一対の脚部(直線部)を互いに電気角π離れた二つのスロットに個別に軸方向一方側から挿通し、スロットから飛び出た各U字状セグメント導体の一対の先端部を順次接合して波巻き方式あるいは重ね巻き方式にてステータコイルを構成する。このセグメント順次接合ステータコイルの構造についてはたとえば既述した上記特許文献5−12などにより既に周知となっているため詳細説明については省略する。ただし、ステータコア23、33のスロット数及び1スロットの導体収容位置数は任意である。
この実施形態では、図1に示すように、ステータコイル24、34の各スロットに径方向に4つの導体収容位置を設け、径方向最内側及び最外側の導体収容位置に大セグメントの両脚部を挿通し、径方向二番目と三番目の導体収容位置に小セグメントの両脚部を挿通したセグメント順次接合ステータコイルを採用したが、これに限定されることなく他の種々のセグメント順次接合ステータコイル構造を採用することができる。
したがって、ステータコア23のスロット数をN1、ステータコア33のスロット数をN2とすると、ステータコイル24の各相巻線U、V、Wはそれぞれ、N1/3個の小セグメントとN1/3個の大セグメントをもち、ステータコイル24の相巻線U、V、Wはそれぞれ、N1/3個の小セグメントを順次接続して構成された小コイル部と、N1/3個の大セグメントを順次接続して構成された大コイル部とを直列接続して構成されている。
同じく、ステータコイル34の各相巻線U’、V’、W’はそれぞれ、N2/3個の小セグメントとN2/3個の大セグメントをもつことができる。したがって、ステータコイル34の相巻線U’、V’、W’はそれぞれ、N2/3個の小セグメントを順次接続して構成された小コイル部と、N2/3個の大セグメントを順次接続して構成された大コイル部とを直列接続して構成することができるのであるが、後述するように、ステータコイル34の各相巻線U’、V’、W’のターン数はそれぞれ1ターンだけ少なく構成されている。
更に説明すると、この実施形態では、整流装置8側(リヤ側)のステータコイル34の各相巻線U’、V’、W’はそれぞれ、最初の半ターンと最後の半ターンとが省略される。また、各相巻線U’、V’、W’の最初のセグメント導体と最後のセグメント導体はU字状ではなく、I字状に形成される。この最初のI字状セグメント導体は各相巻線U’、V’、W’の引き出しリード線となり、この最後のI字状セグメント導体は互いに接続されて中性点をなす。これにより、ステータコア33には互いに電気角π離れて一対の導体収容位置が相ごとに空きの導体収容位置となる。このため、ステータコイル34の各相巻線U’、V’、W’はそれぞれ、((2N2/3)ー1)ターンをもつことになり、本来のターン数(2N2/3)よりそれぞれ1ターン少なく形成される。
反整流装置8側のステータコイル24の各相巻線U、V、Wは従来同様本来のターン数(2N/3)をもつが、各相巻線U、V、Wの最初のセグメント導体と最後のセグメント導体はU字状ではなく、I字状に形成される。各相巻線U、V、Wの最初のセグメント導体であるI字状セグメント導体は各相巻線U、V、Wの引き出しリード線101〜103を兼ねる。各相巻線U、V、Wの最後のセグメント導体であるI字状セグメント導体は互いに接続されて中性点をなす。このため、ステータコイル24の各相巻線U、V、Wはそれぞれ、(2N1/3)ターンをもつことになる。
ステータコイル24の各相巻線U、V、Wの引き出しリード線101〜103は、それぞれ第2回転電機部3を軸方向に越えて整流装置8の三相全波整流器81の各交流入力端811〜813に到達する必要がある。そこで、この実施形態では、図1に示すように、各相巻線U、V、Wの引き出しリード線101〜103と三相全波整流器81の各交流入力端811〜813とを個別に接続するために、ステータコア33に相ごとに一対づつ設けられた上記空きの導体収容位置の一方に、接続用リード線35〜37を挿通する。
相巻線Uの引き出しリード線101の先端は接続用リード線35の前端に溶接され、相巻線Vの引き出しリード線102の先端は接続用リード線36の前端に溶接され、相巻線Wの引き出しリード線103の先端は接続用リード線37の前端に溶接される。接続用リード線35の後端は三相全波整流器81のU相交流入力端811に接続され、接続用リード線36の後端は三相全波整流器81のV相交流入力端812に接続され、接続用リード線37の後端は三相全波整流器81のW相交流入力端813に接続される。
このようにすれば、第1回転電機部2のステータコイル24、第2回転電機部3のステータコイル34として、高いスロット占積率をもつセグメント順次接合ステータコイル構造を採用して回転電機のコンパクト化を図ったとしても、体格増加を招くことなく、第1回転電機部2のステータコイル24と整流装置8の三相全波整流器81とを接続することができる。
(変形態様)
変形態様を図1を参照して説明する。上記実施形態1では、第1回転電機部2、第2回転電機部3にセグメント順次接合ステータコイル構造を採用したが、その代わりに通常の巻線型のステータコイル構造を採用しても良い。巻線型のステータコイル構造では、通常の丸形断面のコイル導体をステータコア23、33の各スロットの開口から一本ずつ挿入しつつ巻き上げていくためスロット占積率が小さく、スロット内部にアイドルスペースが存在する。したがって、ステータコイル巻き上げ後、任意の3個のスロットに上記接続用リード線35〜37を個別に挿通することが容易である。
変形態様を図1を参照して説明する。上記実施形態1では、第1回転電機部2、第2回転電機部3にセグメント順次接合ステータコイル構造を採用したが、その代わりに通常の巻線型のステータコイル構造を採用しても良い。巻線型のステータコイル構造では、通常の丸形断面のコイル導体をステータコア23、33の各スロットの開口から一本ずつ挿入しつつ巻き上げていくためスロット占積率が小さく、スロット内部にアイドルスペースが存在する。したがって、ステータコイル巻き上げ後、任意の3個のスロットに上記接続用リード線35〜37を個別に挿通することが容易である。
なお、ステータコイル24のU相コイルに接続される接続リード線35はステータコイル34のU相コイル(図2ではU’と表記)が挿通されるスロットを通じて整流装置8側に引き出されることが好適であり、この時、このスロット内にてステータコイル34のU’相セグメント導体を流れる電流と接続リード線35を流れる電流が同じ向きとなることが更に好適である。同様に、ステータコイル24のV相コイルに接続される接続リード線36はステータコイル34のV相コイル(図2ではV’と表記)が挿通されるスロットを通じて整流装置8側に引き出されることが好適であり、この時、このスロット内にてステータコイル34のV’相セグメント導体を流れる電流と接続リード線36を流れる電流が同じ向きとなることが更に好適である。同じく、ステータコイル24のW相コイルに接続される接続リード線37はステータコイル34のW相コイル(図2ではW’と表記)が挿通されるスロットを通じて整流装置8側に引き出されることが好適であり、この時、このスロット内にてステータコイル34のW’相セグメント導体を流れる電流と接続リード線35を流れる電流が同じ向き(同位相)となることが更に好適である。
(変形態様)
変形態様を図3を参照して説明する。この変形態様は、図2に示す参考形態において、三相全波整流器81の直流高電位端と三相全波整流器82の直流低電位端とを接続したものである。三相全波整流器81の出力電圧(12V)及び出力電流は界磁コイル22に通電する励磁電流If1を調整することにより、三相全波整流器82の出力電圧及び出力電流は界磁コイル32に通電する励磁電流If2を調整することにより行うことができる。この実施形態によれば、第2回転電機部3の出力電圧を軽減することができる。
変形態様を図3を参照して説明する。この変形態様は、図2に示す参考形態において、三相全波整流器81の直流高電位端と三相全波整流器82の直流低電位端とを接続したものである。三相全波整流器81の出力電圧(12V)及び出力電流は界磁コイル22に通電する励磁電流If1を調整することにより、三相全波整流器82の出力電圧及び出力電流は界磁コイル32に通電する励磁電流If2を調整することにより行うことができる。この実施形態によれば、第2回転電機部3の出力電圧を軽減することができる。
(励磁電流制御回路及びスリップリング給電機構の説明)
励磁電流制御回路及びスリップリング給電機構を図4を参照して説明する。スリップリング給電機構10は、ブラシ200とそれに接触するスリップリング201とのペアと、ブラシ202とそれに接触するスリップリング203とのペアとをもつ。
励磁電流制御回路及びスリップリング給電機構を図4を参照して説明する。スリップリング給電機構10は、ブラシ200とそれに接触するスリップリング201とのペアと、ブラシ202とそれに接触するスリップリング203とのペアとをもつ。
204は界磁コイル22の励磁電流を断続制御するトランジスタ、205は界磁コイル32の励磁電流を断続制御するトランジスタ、206はトランジスタ204のベース電流を増幅するエミッタホロワトランジスタ、207はトランジスタ205のベース電流を増幅するエミッタホロワトランジスタ、Dはフライホイルダイオードであり、これらの素子はロータコア側に固定されてロータコアとともに回転する。208はロータ側に搭載された信号分配用のデマルチプレクサであり、デマルチプレクサ208は図示しないロータリーホトカプラを通じて非接触状態でハウジング側のレギュレータ9から指令信号を受信する。このようにすれば、保守が面倒なスリップリング機構を簡素化し、装置体格を縮小することが可能である。
(変形態様)
変形態様を図5〜図7を参照して説明する。
変形態様を図5〜図7を参照して説明する。
図5は、二つのステータだけを模式図示するものである。ステータコイル24の各相コイルはそれぞれ、各スロットの1層目、2層目の導体収容位置に挿通されるセグメント導体により形成される第1コイルと、各スロットの3層目、4層目の導体収容位置に挿通されるセグメント導体により形成される第2コイルとを直列接続してなる。同じく、ステータコイル34の各相コイルもそれぞれ、各スロットの1層目、2層目の導体収容位置に挿通されるセグメント導体により形成される第1コイルと、各スロットの3層目、4層目の導体収容位置に挿通されるセグメント導体により形成される第2コイルとを直列接続してなる。
ステータコア33の毎相スロット数を4とした場合のステータコイル34のU相(U‘相)コイルの配置を図6に示し、同じくステータコイル24のU相コイルの配置を図7に示す。
図6、図7において、実線はリヤ側に配置されるU字状セグメントのU字状頭部からなる頭部側コイルエンド242,342を示し、点線はフロント側に配置されるU字状セグメントの両脚部の先端からなる端部側コイルエンド241、341を示す。
図6において、P1、P2は空きスロット位置であり、301はU相引き出しリード線をなすI字状の始端用セグメント、302は中性点をなすI字状の終端用セグメント、S1〜S4はスロット番号である。図7において、301はU相引き出しリード線をなすI字状の始端用セグメント、302は中性点をなすI字状の終端用セグメント、S1〜S4はスロット番号である。
始端セグメント301に接続されるステータコイル34のU相コイルの接続用リード線は、ステータコア33の空きスロット位置P1、P2のどちらかを通じて整流装置8側に引き出される。製造作業が容易な方を選択すればよい。
1 ハウジング
2 第1回転電機部(第1ステータ・ロータペア)
3 第2回転電機部(第2ステータ・ロータペア)
4 回転軸
5 プーリ
8 整流装置
9 レギュレータ
10 スリップリング給電機構
11 フロントハウジング
12 センターハウジング
13 リヤハウジング
21 ランデル型ロータコア
22 界磁コイル
23 ステータコア
24 ステータコイル
31 ランデル型ロータコア
32 界磁コイル
33 ステータコア
1 ステータコイル
2 第1回転電機部(第1ステータ・ロータペア)
3 第2回転電機部(第2ステータ・ロータペア)
4 回転軸
5 プーリ
8 整流装置
9 レギュレータ
10 スリップリング給電機構
11 フロントハウジング
12 センターハウジング
13 リヤハウジング
21 ランデル型ロータコア
22 界磁コイル
23 ステータコア
24 ステータコイル
31 ランデル型ロータコア
32 界磁コイル
33 ステータコア
1 ステータコイル
Claims (1)
- 界磁コイルが巻装されたロータコアとステータコイルが巻装されたステータコアとをそれぞれ有する第1ステータ・ロータペア及び第2ステータ・ロータペアと、前記第2ステータ・ロータペアの軸方向外側かつ前記第1ステータ・ロータペアから離れた側に配置されて前記両ステータコイルの発電電圧を整流する整流装置と、前記両ステータ・ロータペアの界磁電流を独立制御するコントローラとを備え、前記2つのロータコアは同一の回転軸に軸方向に隣接して固定されて車載エンジンにより駆動される車両用タンデム式回転電機において、
前記第1ステータ・ロータペアの界磁コイルと前記第2ステータ・ロータペアの界磁コイルに給電するための共通のスリップリング給電機構と、
前記ロータコア側に固定されて前記第1ステータ・ロータペアの界磁コイルと前記第2ステータ・ロータペアの界磁コイルの界磁電流を個別に制御する界磁電流制御素子と、
を有することを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
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-
2007
- 2007-01-16 JP JP2007007419A patent/JP2007151393A/ja active Pending
Cited By (3)
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WO2019130893A1 (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-04 | 株式会社 明電舎 | 回転機の固定子 |
JP2019115180A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社明電舎 | 回転機の固定子 |
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