JP2007282336A

JP2007282336A - 検出部材の固定構造および電動過給機

Info

Publication number: JP2007282336A
Application number: JP2006103328A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Takenaga; 智裕竹永; Tatsuo Iida; 達雄飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-25
Also published as: WO2007116956A1

Abstract

【課題】検出部材を確実に位置決めすることが可能な検出部材の固定構造を提供する。
【解決手段】検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部１３１１を有するステータコア１３１０と、隣り合うティース部１３１１の間に位置決めされてロータ１２１０の回転を検出する検出部材としてのホール素子１４１０と、ティース部１３１１間にホール素子１４１０をモールドするモールド部材１３３０とを備える。
【選択図】図１２

Description

この発明は、検出部材の固定構造および電動過給機に関し、より特定的には、車両に搭載される検出部材の固定構造および電動過給機に関するものである。

従来、センサの固定構造は、たとえば特開平４−２８９７５９号公報（特許文献１）に開示されている。
特開平４−２８９７５９号公報

特許文献１では、モータの固定子のティース間にホールセンサを配置することで軸方向長さを短縮することが記載されている。しかしながら、従来の技術ではホールセンサの固定のためにティース上に溝を形成しており、固定構造が複雑になるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造で検出部材を固定することができる検出部材の固定構造およびそれを用いた電動過給機を提供することを目的とする。

この発明に従った検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部を有するステータコアと、隣り合うティース部の間に位置決めされてロータの回転を検出する検出部材と、ティース部間に検出部材をモールドするモールド部材とを備える。

このように構成された検出部材の固定構造では、ティース部間に、モールド部材により検出部材が固定される。そのため、ティース部に溝を付ける場合に比べて簡単な構造で検出部を固定することができる。

この発明に従った電動過給機は、上述の検出部材の固定構造を備えた回転電機と、回転電機に接続されるコンプレッサホイールおよびタービンホイールとを備える。このように構成された電動過給機では、回転電機に検出部材が簡単な構造で製造が容易で、製造コストの低下した電動過給機を提供することができる。

好ましくは、ティース部の間のスロット部をモールド部材が充填しており、ロータに向かい合うモールド部材の内周面と、ロータに向かい合うティース部の内周面とは同一面を構成している。この場合、ティース部の内周面とモールド部材の内周面とが同一面を構成しているため、ロータが回転したときに空気の渦が生じにくくなり回転抵抗を低下させることができる。

この発明の別の局面に従った検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部を有するステータコアと、ロータに向かい合うティース部の内周面に当接してロータを取囲む筒状の保持部材と、保持部材に保持されて隣り合うティース部間に位置決めされロータの回転を検出する検出部材とを備える。

このように構成された検出部材の固定構造では、検出部材は保持部材に保持されて隣り合うティース部間に位置決めされる。

保持部材はティース部の内周面に当接してロータを取囲む。その結果、ティース部の内周側に保持部材が位置し、さらにその内周側にロータが位置するため、筒状の保持部材により確実に検出部材を保持することができる。

好ましくは、保持部材の熱膨張係数はステータコアの熱膨張係数よりも大きいか同じである。この場合、ステータコアおよびロータが高温となった場合には保持部材が大きく膨張しようとし、ステータコアのティース部の内周面に貼付く形状となる。その結果、確実に保持部材がティース部の内周面に位置決めされる。

好ましくは、保持部材のロータに向かい合う内周面は凹凸がなく平滑な面である。この場合、保持部材の内周面に凹凸がなく平滑な面とされるため保持部材表面で空気の渦が生じにくくなる。その結果、ロータの回転抵抗を低下させることができる。

この発明のさらに別の局面に従った検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部を有するステータコアと、複数のティース部の間に挿入される回転軸方向に延びる複数の爪部と、複数の爪部を結合する環状部とを有する保持部材と、保持部材に保持されてロータの回転を検出する検出部材とを備える。

このように構成された検出部材の固定構造では、爪部に検出部材を取付け、その爪部を有する保持部材をティース部の間に挿入するだけで検出部材を固定することができ、簡単な構成で検出部材を固定することができる。

好ましくは、複数の爪部の各々は隣接するティース部に当接してティース部間のスロット部を封止する。この場合、スロット部が爪部により封止されるためスロット部へ空気が入り込むことを防止できる。その結果、ロータの回転抵抗を低下させることができる。

この発明に従えば、ティース部に複雑な固定構造を形成することなく簡単な構成で検出部材を固定することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った電動過給機が搭載されるエンジンシステムの構成を示す図である。図１を参照して、この発明の実施の形態に従った電動過給機が搭載されたエンジンシステムはエンジン１００と、エンジン１００に送られる空気を過給する電動過給機２００と、電動過給機２００で圧縮された空気を冷却するインタークーラー１６２と、エンジン１００の動作を制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０とを含む。この実施の形態に係るエンジンシステムは、自動車などの車両に搭載される。なお、エンジンＥＣＵ２５０と過給機ＥＣＵ３４０は１つのＥＣＵに統合するようにしてもよい。本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２５０と過給機ＥＣＵ３４０とは、双方向で通信可能に接続される。

吸入孔１５０から吸入される空気は、エアークリーナ１５２によりろ過される。エアークリーナ１５２によりろ過された空気は、吸気通路１５６を介して電動過給機２００に流通する。電動過給機２００に流通した空気はコンプレッサハウジング２０２内のコンプレッサホイール２０６で圧縮された後、吸気通路１６０を流通してインタークーラー１６２で冷却される。インタークーラー１６２で冷却された空気は、吸気通路１０２を流通して、エンジン１００に吸入される。

吸気通路１５６の途中には、吸入空気量を検出するエアーフローメータ１５４が設けられる。エアーフローメータ１５４は、検出した吸入空気量を示す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。

インタークーラー１６２は、コンプレッサホイール２０６により圧縮されて温度が上昇した空気を冷却する。冷却した空気の体積は、冷却前に比べて小さくなっているため、より多くの空気がエンジン１００に送り込まれる。

また、吸気通路１５６と吸気通路１６０とをバイパスするバイパス通路１５８が設けられ、バイパス通路１５８の途中には、バイパス通路１５８を流通する空気の流量を調整するエアーバイパスバルブ１６４が設けられる。エアーバイパスバルブ１６４は、エンジンＥＣＵ２５０から受信する制御信号に応じて作動する。

吸気通路１０２の途中には、吸気通路１０２に流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ１６６が設けられている。スロットルバルブ１６６は、スロットルモータ１６８により駆動される。スロットルモータ１６８は、エンジンＥＣＵ２５０から受信する制御信号に応じて駆動する。

また、吸気通路１０２の途中には、吸気管圧力センサ１７０と吸気温度センサ１７２が設けられる。吸気管圧力センサ１７０は、吸気通路１０２内の空気の圧力を検知する。吸気管圧力センサ１７０は、検知した空気の圧力を示す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。吸気温度センサ１７２は、吸気通路１０２内の空気の温度を検知する。吸気温度センサ１７２は、検知した空気の温度を示す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。

エンジン１００は、シリンダヘッド（図示せず）とシリンダブロック１１２とを含む。シリンダブロック１１２には、図１の紙面上下方向に複数の気筒が設けられる。そして、各気筒内には、所定の方向に摺動可能にピストン１１４が設けられる。ピストン１１４は、コンロッド１１６を介してクランクシャフト１２０に連結される。ピストン１１４、コンロッド１１６およびクランクシャフト１２０によりクランク機構が形成される。

ピストン１１４の上部においては、燃焼室１０８が形成される。燃焼室１０８には、燃焼室１０８に向けて点火プラグ１１０と燃料噴射インジェクタ１０６とが設けられる。本実施の形態において、エンジン１００は直噴エンジンであるとして説明するが、特に直噴エンジンに限定されるものではない。たとえば、エンジン１００は内燃機関であればよく、ポート噴射型のエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。また、レシプロ型のエンジンに限られず、ロータリーエンジンであってもよい。

さらに、シリンダの配置に関しては、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまな形状を採用することが可能である。

シリンダヘッドには、吸気通路１０２と排気通路１３０とがそれぞれ燃焼室１０８に接続するように設けられる。吸気通路１０２と燃焼室１０８との間には、吸気バルブ１０４が設けられる。排気通路１３０と燃焼室１０８との間には、排気バルブ１２８が設けられる。吸気バルブ１０４および排気バルブ１２８は、クランクシャフト１２０と連動して回転するカムシャフト（図示せず）により駆動される。

吸気通路１０２を流通する空気は、ピストン１１４が下降するときに、吸気バルブ１０４が開かれて燃焼室１０８に吸引される。燃焼室１０８に流通した空気は、燃料噴射インジェクタ１０６から噴射された燃料と混合される。吸気バルブ１０４が閉じて、ピストン１１４が上死点付近まで上昇したときに点火プラグ１１０において燃料と混合された空気が点火されて燃焼する。燃焼による圧力によりピストン１１４が押し下げられる。このとき、ピストン１１４の上下運動がクランク機構を介してクランクシャフト１２０の回転運動に変換される。そして、ピストン１１４が下死点付近まで下降したとき、排気バルブ１２８が開く。ピストン１１４が再び上昇するとき、燃焼室１０８で燃焼させられた空気、すなわち排気ガスは、排気通路１３０を流通する。排気通路１３０を流通した空気は、電動過給機２００のタービンホイール２０８を駆動させた後に、排気管１８０を流通して触媒１８２へ導かれる。排気ガスは、触媒１８２により浄化された後、車外に排出される。

クランクシャフト１２０の一端には、プーリ（図示せず）が設けられる。プーリはベルト１２４を介してオルタネータ１２６の回転軸に設けられたプーリに連結される。クランクシャフト１２０の回転によりオルタネータ１２６が作動して、発電が行なわれる。

タイミングロータ１１８は、クランクシャフト１２０に設けられており、クランクシャフト１２０とともに回転する。タイミングロータ１１８の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ１２２はタイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ１１８が回転すると、タイミングロータ１１８の突起と、クランクポジションセンサ１２２とのエアーギャップが変化するため、クランクポジションセンサ１２２のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ１２２は起電力を表わす信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。エンジンＥＣＵ２５０は、クランクポジションセンサ１２２から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。

また、車両には、車速センサ（図示せず）が車輪に設けられ、車輪の回転数（回転速度）を検知する。車速センサは、検出結果を示す信号をエンジンＥＣＵに送信する。エンジンＥＣＵは、車輪の回転数から車速を算出する。エンジンＥＣＵ２５０は、吸気圧、吸気温度、吸入空気量、車輪速度など各センサから送信された信号、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、補機類を制御する。

電動過給機２００は、コンプレッサハウジング２０２と、コンプレッサハウジング２０２に対向して設けられるタービンハウジング２０４と、コンプレッサハウジング２０２およびタービンハウジング２０４の間に収納される回転電機２１６と、回転電機２１６の回転軸となるシャフト２１０とを有する。

コンプレッサハウジング２０２内には、コンプレッサホイール（コンプレッサロータ、コンプレッサブレードなどとも呼ばれる。）２０６が収納される。コンプレッサホイール２０６は、エアークリーナ１５２によりろ過された空気を圧縮（過給）する。

タービンハウジング２０４内には、タービンホイール（タービンロータ、タービンブレードなどとも呼ばれる。）２０８が収納される。タービンホイール２０８は、排気ガスにより回転させられる。

コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８とは、シャフト２１０の両端にそれぞれ設けられる。すなわち、排気ガスによりタービンホイール２０８が回転させられると、コンプレッサホイール２０６も回転する。

また、コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８との間には、シャフト２１０を回転軸とする回転電機２１６が設けられる。シャフト２１０は、回転電機２１６のハウジングにより回転自在に支持されている。

回転電機２１６は、過給機ＥＣＵ３４０の制御信号に応じて過給機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）３３０から供給される電力によりシャフト２１０に回転力を付与する。過給機ＥＤＵ３３０は、高圧バッテリ３２０から供給される電力を用いて、過給機ＥＣＵ３４０から入力される制御信号に応じた電力を回転電機２１６に供給する。過給機ＥＤＵ３３０は、たとえば、インバータである。

回転電機２１６には、回転子の位置を求めるためのセンサ（図１では示さず）が設けられる。センサはロータ１２１０の回転位置（回転角）および回転数を検知する。センサは、検知結果を示す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。このセンサは、たとえばホールセンサで構成される。

高圧バッテリ３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、上述したオルタネータ１２６に電気的に接続される。したがって、オルタネータ１２６において発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０にて適切な電圧に昇圧された後に、高圧バッテリ３２０に供給される。これにより、高圧バッテリ３２０が充電される。また、オルタネータ１２６において発電された電力は、低圧バッテリ３００に供給される。これにより、低圧バッテリ３００が充電される。低圧バッテリ３００は、エンジンＥＣＵ２５０や過給機ＥＣＵ３４０などに電力を供給する。

過給機ＥＣＵ３４０は、エンジンＥＣＵ２５０から送信される情報、ロータの位置センサから送信された信号、および、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、電動過給機２００が所望の作動状態となるように補機類を制御する。以上のような構成を有する電動過給機２００においては、エンジン１００で燃料と混合された空気が燃焼された後、排気ガスは、排気通路１３０からタービンハウジング２０４内へ導かれる。排気ガスはそこでタービンホイール２０８を回転させ、その回転力がシャフト２１０に伝達される。その後、排気ガスは、排気管１８０を流通して触媒１８２に導かれる。触媒１８２に導かれた排気ガスは、浄化された状態で車外へ排出される。

一方、エンジン１００に供給するため車外より吸入された空気は、エアークリーナ１５２によってろ過された後、吸気通路１５６を流通してコンプレッサハウジング２０２内に導かれる。空気はシャフト２１０と一体となって回転するコンプレッサホイール２０６によって圧縮（過給）される。圧縮された空気は、インタークーラー１６２に導かれ、冷却された状態でエンジン１００の吸気通路１０２を介して燃焼室１０８に吸入される。

また、過給機ＥＣＵ３４０は、エンジン１００の低回転域において、コンプレッサホイール２０６において圧縮される空気が所望の過給圧に到達しない場合（たとえば、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数以下である場合）には、回転電機２１６を駆動することにより、コンプレッサハウジング２０２での過給圧が強制的に上昇するように制御する。

図２は、回転電機の断面図である。なお、図２は回転軸に直交する方向での断面図である。図２を参照して、回転電機２１６は中心部に位置するロータ１２１０と、ロータ１２１０を取囲むステータ１３００とを有する。ロータ１２１０の中心にはシャフト２１０が設けられ、シャフト２１０は回転軸を構成している。シャフト２１０を中心にロータ１２１０は矢印Ｒで示す方向に回転可能に保持されている。ロータ１２１０は積層された電磁鋼板により構成されるロータコア１２１１と、ロータコア１２１１に埋込まれる永久磁石１２１２とを有する。永久磁石１２１２はロータコア１２１１に設けられた穴に挿入され、たとえば接着剤で固定される。永久磁石１２１２はシャフト２１０に沿った方向に延びるように構成されている。

ロータコア１２１１は、電磁鋼板に限られず、たとえば磁性材料の粉末を圧縮し、かつ焼結した材料で構成されていてもよい。

ステータ１３００は外周に位置するステータコア１３１０と、ステータコア１３１０のティース部１３１１に巻付けられたコイル１３２０とを有する。この実施の形態では、集中巻きの三相交流モータの例を示している。なお、三相交流モータに限られず、回転電機２１６は直流モータまたは交流モータのいずれであってもよい。さらに、交流モータの場合、誘導モータ、同期モータ、交流整流子モータでもよく、それぞれ、単相または三相のいずれであってもよい。

コイル１３２０は、ティース部１３１１に銅線を巻くことによって構成される。複数のティース部１３１１の間がスロット部１３１２であり、この部分にコイルが配置される。なお、ティース部１３１１の数はこの実施の形態では６であるが、これに限られず、さらに多い、または少ないティース部１３１１を採用してもよい。

この実施の形態では三相交流モータを示しているので、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を構成するコイルがそれぞれ結線される。なお、結線方法としては、デルタ結線またはＹ結線のいずれをも採用することが可能である。ロータ１２１０とステータ１３００との間には矢印で示すような磁力線が発生しており、磁力線の向きはロータ１２１０が回転するとともに、さらに、コイル１３２０に流される電流が変化することにより逐次変化する。

隣り合うティース部１３１１間にホール素子１４１０が配置される。ホール素子１４１０はホルダ１４００に保持されている。ホルダ１４００の外周面１４０６はティース部１３１１の内周面１３１３と接触している。ホルダ１４００の内周面１４０５は円筒面であり、ロータ１２１０に向かい合っている。

なお、この実施の形態では、ロータ１２１０の回転軸としてのシャフト２１０はタービンホイール２０８およびコンプレッサホイール２０６に接続されており、いわゆるターボチャージの軸を構成しているが、これに限られず、回転電機２１６はスーパーチャージャのロータを回転させてもよい。この実施の形態では、排気のエネルギを利用するターボチャージャの回転を補助するために回転電機２１６を用いているが、これに限られず、排気のエネルギを用いることなく吸気を過給するスーパーチャージャの回転を補助するために本発明に従った回転電機２１６を採用してもよい。

ホルダ１４００は、ロータ１２１０およびステータ１３００の磁気特性に影響を与えないために非磁性材料により構成される。ホルダ１４００の外周面にホール素子１４１０が固着されており、ホール素子１４１０はロータ１２１０の回転角度および回転数を検出することが可能である。

この実施の形態では、ホール素子１４１０は１つだけ設けられているが、これに限られず、複数個のホール素子１４１０を設けてもよい。

図３および図４はホール素子の向きを説明するための図である。図３を参照して、ホール素子１４１０の素子面（主表面）をロータ１２１０に対して傾斜して配置した場合には、永久磁石１２１２の磁束の大きさが減少し、誤って検出を生じるおそれがある。そのため、Ｓ／Ｎ比および位置検出精度が悪化するおそれがある。

図４を参照して、ホール素子１４１０の主表面をロータ１２１０の法線方向に設置した場合には、磁石の磁束成分に対し法線方向にホール素子１４１０が配置されるため磁束を有効に検出できる。そのため、Ｓ／Ｎ比および位置検出精度が向上する。

ホール素子１４１０（ホールＩＣ）は、ステータコア１３１０のティース部１３１１間に配置される。ホール素子１４１０は、正確なロータ１２１０の位置検出のために、ロータ１２１０の永久磁石１２１２成分のみを検出できることが望ましい。通常、コイル１３２０に通電するとティース部１３１１は極を形成する。ティース部１３１１付近にホール素子１４１０を配置すると通電による影響を受けやすくＳ／Ｎ比が悪化する。これに対して、ティース部１３１１間は極を持たないため、通電による影響を受けにくい、よって、ホール素子１４１０またはホールＩＣをティース部１３１１間に配置することでＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、ティース部１３１１間にホール素子１４１０を埋込むことでモータ軸長を短縮できる。なお、ホール素子１４１０に代えて、磁束成分を検出できる他の素子を用いてもよい。

図５は、ホルダの斜視図である。図５を参照して、ホルダ１４００は円筒形状であり、その内周面１４０５および外周面１４０６はともに円筒面である。ホルダ１４００の厚み（内周面１４０５から外周面１４０６までの距離）は薄い方が好ましい。ホルダ１４００の外周面１４０６は、この実施の形態では凹凸が存在しない形状とされているが、これに限られず、ティース部１３１１の内周面１３１３に接触する外周面１４０６の部分に溝が設けられ、この溝にティース部１３１１が嵌まり合っていてもよい。溝にティース部１３１１を嵌め合わせることでホルダ１４００の確実な位置決めが可能となる。ホルダ１４００はプラスチックまたはアルミニウムなどの軽量な非磁性材料で構成される。

図６は、別の局面に従ったホルダの斜視図である。図６を参照して、ホルダ１４００の内周面１４０５から外周面１４０６に到達するまでの貫通穴１４０１が複数設けられていてもよい。また、図６で示すように、貫通穴１４０１の一部分を覆うようにティース部１３１１が設けられていてもよい。隣り合う貫通穴１４０１の間にホール素子１４１０が固着される。貫通穴１４０１の形状は、図６では矩形であるが、丸型、楕円型などのさまざまな形状の貫通穴１４０１を設けてもよい。

この発明に従った検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部１３１１を有するステータコア１３１０と、ロータ１２１０に向かい合うティース部１３１１の内周面１３１３に当接してロータ１２１０を取囲む筒状の保持部材としてのホルダ１４００と、ホルダ１４００に保持されて隣り合うティース部１３１１間に位置決めされ、ロータ１２１０の回転を検出する検出部材としてのホール素子１４１０を備える。また、ホルダ１４００の熱膨張係数はステータコア１３１０の熱膨張係数よりも大きい。ホルダ１４００のロータ１２１０に向かい合う内周面１４０５は凹凸がなく平滑な面である。

このように構成された検出部材としてのホール素子１４１０の固定構造では、まず隣り合うティース部１３１１間にホール素子１４１０を設置しているため、磁極の影響を受けにくくなる。

さらに、筒型のホルダ１４００にホール素子１４１０が保持されているため、ホール素子１４１０が安定して保持される。さらに、筒型のホルダ１４００は回転電機のティース部１３１１の内周面１３１３と接触しており、位置が固定される。その結果、より確実にホール素子１４１０を保持することができる。なお、実施の形態ではホルダ１４００を円筒形状としたが、これに限られるものではなく、角筒形状としてもよい。角筒形状（角型）とした場合には、角型の平坦な面がティース部１３１１の内周面１３１３に当たってもよい。これとは反対に、角型の角部分がティース部１３１１の内周面１３１３に当たってもよい。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従った回転電機のステータの断面図である。図７を参照して、この発明の実施の形態２に従った回転電機では、ホルダ１４００の爪部１４０２にホール素子１４１０が取付けられている点で、実施の形態１に従った回転電機と異なる。爪部１４０２はティース部１３１１間に挿入されている。爪部１４０２は薄肉かつ扁平形状であって内周面１４０５および外周面１４０６を有する。内周面１４０５はロータ１２１０に向かい合い、ティース部１３１１の内周面１３１３とほぼ同一平面を構成している。なお、この実施の形態では２つの内周面１４０５，１３１３が同一平面を構成しているが、これらの間に段差があってもよい。

内周面１４０５から外周面１４０６へ貫通するように検出部材としてのホール素子１４１０が保持されている。

図８はホルダの斜視図である。図８を参照して、ホルダ１４００は、環状部１４０７と、環状部１４０７に接続された爪部１４０２とを有する。環状部１４０７は円形状（円筒形状）であり、そのスラスト端面（アキシャル端面）に複数の爪部１４０２が配置される。爪部１４０２は回転軸方向に沿って延びており、互いに平行に配置されている。爪部の側面１４０３間にティース部１３１１が嵌め合わせられる。ティース部１３１３が爪部１４０２の間に嵌め合わせられるため、実施の形態１のようにティース部１３１１の内周側にホルダ１４００が入り込むことがない。そのため、ティース部１３１１の内周面１３１３とロータ１２１０との間にホルダ１４００が介在せず、ティース部１３１１とロータ１２１０との間の距離を小さくすることが可能となる。

図８では、１ヶ所の爪部１４０２にのみホール素子１４１０が設けられているが、これに限られるものではなく、複数の爪部１４０２の各々にホール素子１４１０が設けられていてもよい。

爪部１４０２の軸方向端面（環状部１４０７から最も遠い端面）は蓋部１４０４の凹部１４０３に嵌め合わせられる。なお、蓋部１４０４に凹部１４０３が存在せず、蓋部１４０４が爪部１４０２に接着されてもよい。さらに、蓋部１４０４が存在しなくてもよい。

図９は、回転電機のシャフトに平行な断面図である。図９を参照して、ホルダ１４００の爪部１４０２に保持されたホール素子１４１０がステータコア１３１０のシャフト２１０の長手方向のほぼ中央部に位置している。なお、ホール素子１４１０は中央部に位置する必要はなく、長手方向のどの部分に位置決めされていてもよい。

ステータコア１３１０にコイル１３２０が巻かれている。ステータコア１３１０はロータ１２１０と向かい合っている。ロータ１２１０は回転軸としてのシャフト２１０に固定されている。シャフト２１０はベアリング２１１により回転可能に保持されている。ロータ１２１０はロータコア１２１１と、ロータコア１２１１に埋込まれた永久磁石１２１２とにより構成される。永久磁石１２１２はシャフト２１０に沿って長手方向に延びている。

図１０は、比較例に従った回転電機を示す断面図である。図１０を参照して、比較例に従った回転電機２１６では、シャフト２１０に検出用の永久磁石１４１５が取付けられ、この永久磁石１４１５の位置をホール素子１４１０が検出する。このような比較例に従った回転電機２１６では、回転電機外部にホール素子１４１０が配置されている。検出用の永久磁石１４１５はロータ１２１０の磁界と独立させるために永久磁石１２１２から離して設置している。よって、軸長が長くなってしまう。これに対し、図９で示す本発明品では、軸長を短縮でき高速化が可能となる。また、ロータ１２１０を構成する永久磁石１２１２の磁界でロータ１２１０の位置を検出することができるため、位置の検出精度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。

すなわち、実施の形態２に従った検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部１３１１を有するステータコア１３１０と、複数のティース部１３１１の間に挿入される回転軸方向に延びる複数の爪部１４０２と、複数の爪部１４０２を結合する環状部１４０７とを有する保持部材としてのホルダ１４００と、爪部１４０２に保持されてロータ１２１０の回転を検出する検出部材としてのホール素子１４１０を備える。複数の爪部１４０２の各々は、隣接するティース部１３１１に当接してティース部１３１１間のスロット部１３１２を封止している。

このように構成された実施の形態２に従った検出部材の固定構造でも、実施の形態１に従った検出部材の固定構造と同様の効果がある。

（実施の形態３）
図１１は、この発明の実施の形態３に従った回転電機の断面図である。図１１を参照して、この発明の実施の形態３に従った回転電機では、ホルダ１３５０、ホール素子１４１０がともにモールド部材１３３０でモールドされている点で、実施の形態１および２に従った回転電機と異なる。ホール素子１４１０はホルダ１３５０に支持されており、ホルダ１３５０上にパターン配線としてのバスバー１３５１が設けられる。バスバー１３５１はホール素子１４１０に接続され、ホール素子１４１０で検出された信号を伝達する役割を果たす。モールド部材１３３０はワニスなどの絶縁性樹脂によって構成され、ステータコア１３１０にコイル１３２０、ホルダ１３５０、バスバー１３５１およびホール素子１４１０などを一体化させる働きがある。

モールド部材１３３０はリング状のステータコア１３１０全体を封止する働きがある。ホルダ１３５０は上述の実施の形態１および２で示したさまざまな形状のものを採用することが可能である。

図１２は、図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。図１２を参照して、回転電機２１６は、シャフト２１０を中心として回転するロータ１２１０と、ロータ１２１０を駆動させるための磁界を発生させるステータ１３００とを有する。ステータ１３００は、磁性材料からなるステータコア１３１０と、ステータコア１３１０のティース部１３１１に巻かれたコイル１３２０とを有し、コイル１３２０は隣り合うティース部１３１１の間に嵌め合わせられている。ティース部１３１１の間のスロット部１３１２にホール素子１４１０が封入され、スロット部１３１２はモールド部材１３３０で充填されている。ホール素子１４１０はホルダ１４００の外周面１４０６に当接して保持されている。ホルダ１４００の形状は、実施の形態１および２で示したものを採用することができる。

図１３は、実施の形態３に従った回転電機の製造方法を説明するための図である。図１３を参照して、回転電機２１６にホール素子１４１０を取付ける場合には、まずステータコア１３１０にコイル１３２０を巻く。ステータ１３００が完成した後にホルダ１３５０にホール素子１４１０を取付け、ホール素子１４１０にパターン配線としてのバスバー１３５１を接続する。このようなアッセンブリをステータコア１３１０に嵌め合わせる。その後、ステータコア１３１０とホール素子１４１０とホルダ１４００と樹脂モールドすることで図１１で示す回転電機２１６が完成する。

すなわち、この実施の形態では、ホール素子１４１０の配線パターンとしてのバスバー１３５１を形成したホルダ１４００を用いてホール素子１４１０とステータ１３００の位置決めをしたままステータ１３００内にホール素子１４１０を埋込み、樹脂モールドによりホール素子１４１０を固定するものである。

ホール素子１４１０の位置がずれるとロータ１２１０の検出精度が悪化する。また、ステータ１３００内は回転電機２１６（モータ）による振動やコイル１３２０、ロータ１２１０の発熱による影響を受けやすい。そこで、ティース部１３１１間にホール素子１４１０を挿入する前に、ホール素子の配線を形成したバスバー１３５１をホルダ１４００に固定し、これをステータ１３００内に埋込むことでホール素子１４１０の位置ずれによるロータの位置検出精度の悪化を回避している。さらに、樹脂にてステータ１３００内を一体モールドすることでセンサの固定および冷却性を向上させることができ、エンジンに搭載するモータアシストターボで大きな問題となる振動に対しても耐久性を飛躍的に向上させることができる。また、従来より耐熱の低いホール素子１４１０を用いることで低コスト化を図ることができる。

バスバー１３５１以外の方法として、ホルダ１４００に配線パターンを形成しておくことも可能である。ホール素子１４１０をホルダ１４００に固定するとともにホール素子１４１０のリード線をバスバー１３５１に溶着させる。ホルダ１４００をステータ１３００内に挿入し接着剤等で固定する。この状態のまま樹脂モールドとしてのモールド部材１３３０によりホール素子１４１０の固定とともにリード線およびバスバー１３５１との溶着点も固定する。

すなわち、この発明に従った検出部材の固定構造は、半径方向に延びる複数のティース部１３１１を有するステータコア１３１０と、隣り合うティース部１３１１の間に位置決めされてロータ１２１０の回転を検出する検出部材としてのホール素子１４１０と、ティース部１３１１間にホール素子１４１０をモールドするモールド部材１３３０とを備える。

（実施の形態４）
図１４は、この発明の実施の形態４に従った回転電機の断面図である。図１４を参照して、この発明の実施の形態４に従った回転電機２１６では、モールド部材１３３０によりホール素子１４１０が固定されており、かつホルダが設けられていない点で、実施の形態３に従った回転電機２１６と異なる。モールド部材１３３０の内周面１３３１が円筒形状とされており、その円筒の内周面１３３１からホール素子１４１０の一部分が露出している。なお、ホール素子１４１０の一部分は必ずしもモールド部材１３３０から露出している必要はなく、モールド部材１３３０にホール素子１４１０が覆われていてもよい。この実施の形態では、１つのホール素子１４１０のみが設けられているが、これに限られず複数のホール素子１４１０がティース部１３１１間に設けられていてもよい。

図１５は、比較例に従った回転電機の断面図である。図１６は、本発明に従った回転電機の断面図である。図１５を参照して、比較例に従った回転電機２１６では、ティース部１３１１間にスロット部１３１２の隙間が生じている。このため、矢印Ｒで示す方向にロータ１２１０が回転すると矢印Ｒ１で示す方向の渦巻き状の空気の渦が生じる。この渦により回転時に損失が発生する。すなわち、駆動時にティース部１３１１間の凹凸により空気の渦ができてこれが損失となり効率が悪化する。図１６で示すように本発明に従った回転電機２１６では、複数のティース部１３１１間のスロット部１３１２をモールド部材１３３０が充填し、かつモールド部材１３３０の内周面１３３１が円筒形状であるため、図１５で示すような矢印Ｒ１で示す渦が発生しない。その結果、損失をさらに低減することが可能となる。

（実施の形態５）
図１７は、この発明の実施の形態５に従った回転電機の平面図である。図１７を参照して、この発明の実施の形態５に従った回転電機２１６は複数のティース部１３１１を有し、その複数のティース部１３１１間にはスロット部１３１２が形成されている。環状のステータコア１３１０と、複数のティース部１３１１に分布巻きされて、その一部がスロット部１３１２に位置する複数の巻線相としてのＵ相コイル１３２Ｕ、Ｖ相コイル１３２ＶおよびＷ相コイル１３２Ｗとを備える。複数の巻線相であるＵ相コイル１３２Ｕ、Ｖ相コイル１３２ＶおよびＷ相コイル１３２Ｗはティース部１３１１に直巻きされている。なお、直巻きだけでなく、インサータを用いた巻き方法を採用してもよい。

モータ／ジェネレータとしての回転電機２１６は、筒状のステータコア１３１０と、ステータコア１３１０の内周面側に向かい合うロータ１２１０とを有する。ステータコア１３１０は鉄または鉄合金などの磁性体により構成される。ステータコア１３１０は半径方向に延びる複数のティース部１３１１を有しており、ティース部１３１１の間には凹部としてのスロット部１３１２が設けられている。スロット部１３１２は、ステータコア１３１０の内周側に開口するような形状とされる。

三相の巻線相であるＵ相コイル１３２Ｕ、Ｖ相コイル１３２ＶおよびＷ相コイル１３２Ｗは、それぞれスロット部１３１２に嵌まり合うようにティース部１３１１に巻付けられている。

Ｕ相コイル１３２Ｕ、Ｖ相コイル１３２ＶおよびＷ相コイル１３２Ｗは、互いに円周上でずれるように巻付けられており、Ｖ相コイル１３２Ｕ、Ｖ相コイル１３２ＶおよびＷ相コイル１３２Ｗは、いわゆる「分布巻き」されてステータ１３００を構成している。

ロータ１２１０はシャフト２１０に取付けられたロータコア１２１１と、ロータコア１２１１に埋込まれた永久磁石１２１２とを有する。ロータコア１２１１は鉄または鉄合金などの磁性体により構成される。永久磁石１２１２はロータコア１２１１の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。永久磁石１２１２の数は図１７では８個であり、この実施の形態では８極のモータを示しているが、磁極の数はこれに限られるものではなく、さまざまな磁極の数を採用してもよい。

シャフト２１０はタービンシャフトのみならず動力伝達装置の一部分に接合されてもよい。すなわち、本発明に従った回転電機は、タービン回転を補助するものでなく、動力伝達装置の一部分の駆動を補助するか、または動力伝達装置で発生した回転エネルギを電力エネルギに変える装置の一部分として用いられていてもよい。

隣り合うティース部１３１１間のスロット部１３１２に回転センサとしてのホール素子１４１０が埋込まれている。

図１８は、ホール素子を拡大して示す断面図である。図１８を参照して、ホール素子１４１０はティース部１３１１の間のスロット部１３１２に挿入されて、かつティース部１３１１と当接している。ホール素子１４１０はモールド部材１３３０でモールドされて位置が固定されている。

また、この実施の形態においても、実施の形態１から３で示したようなホルダを用いてホール素子１４１０を固定してもよい。

このように構成された、実施の形態５に従った回転電機でも、実施の形態１に従った回転電機と同様の効果がある。

（実施の形態６）
図１９は、この発明の実施の形態６に従ったレゾルバの模式図である。図１９を参照して、レゾルバ６４４０は回転センサであり、モータおよびジェネレータの高効率制御のために磁石位置を高精度で検出するセンサである。レゾルバ６４４０はレゾルバステータコア６４４１と、レゾルバステータコア６４４１の中央に設けられる回転シャフト６４４３と、回転シャフト６４４３の外周に取付けられた楕円形状のレゾルバロータ６４４２とを有し、レゾルバステータコア６４４１には、少なくとも３つのコイル６４４４Ａ，６４４４Ｂ，６４４４Ｃが設けられる。レゾルバステータコア６４４１とコイル６４４４Ａ，６４４４Ｂか間６４４４Ｃがレゾルバステータ６４２０を構成している。

コイル６４４４Ａには励起用交流電流が流され、これに基づく出力がコイル６４４４Ｂ，６４４４Ｃで検出される。

２つの出力用のコイル６４４４Ｂ，６４４４Ｃは、電気的に９０°ずつずれて配置される。レゾルバロータ６４４２が楕円形状であるため、レゾルバロータ６４４２が回転すると、レゾルバステータコア６４４１とレゾルバロータ６４４２との距離が変化する。

コイル６４４４Ａに交流電流を流せば、コイル６４４４Ｂ，６４４４Ｃには、レゾルバロータ６４４２の位置に応じた出力が発生し、この出力の差から絶対位置を検出することができる。一定時間内の位置の変化をＣＰＵ（中央演算ユニット）にて演算することにより、回転センサとしても使用することができる。

また、レゾルバステータコア６４４１にはホール素子１４１０が取付けられる。ホール素子１４１０の取付け方は実施の形態１から５で示したものを採用することができる。すなわち、本発明に従った検出部材の固定構造は、回転電機だけでなくレゾルバに対しても適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従った電動過給機が搭載されるエンジンシステムの構成を示す図である。回転電機の断面図である。ホール素子の向きを説明するための図である。ホール素子の向きを説明するための図である。ホルダの斜視図である。別の局面に従ったホルダの斜視図である。この発明の実施の形態２に従った回転電機のステータの断面図である。ホルダの斜視図である。回転電機のシャフトに平行な断面図である。比較例に従った回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態３に従った回転電機の断面図である。図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。実施の形態３に従った回転電機の製造方法を説明するための図である。この発明の実施の形態４に従った回転電機の断面図である。比較例に従った回転電機の断面図である。本発明に従った回転電機の断面図である。この発明の実施の形態５に従った回転電機の平面図である。ホール素子を拡大して示す断面図である。この発明の実施の形態６に従ったレゾルバの模式図である。

符号の説明

２００電動過給機、２０２コンプレッサハウジング、２０４タービンハウジング、２０６コンプレッサホイール、２０８タービンホイール、２１０シャフト、２１６回転電機、１２１０ロータ、１２１１ロータコア、１２１２永久磁石、１３００ステータ、１３１０ステータコア、１３１１ティース部、１３１２スロット部、１３１３内周面、１３２０コイル、１３３０モールド部材、１３５１バスバー、１４００ホルダ、１４０２爪部、１４０３凹部、１４０４蓋部、１４０７環状部、１４１０ホール素子。

Claims

半径方向に延びる複数のティース部を有するステータコアと、
隣り合うティース部の間に位置決めされてロータの回転を検出する検出部材と、
前記ティース部間に前記検出部材をモールドするモールド部材とを備えた、検出部材の固定構造。
請求項１に記載の検出部材の固定構造を備えた回転電機と、
前記回転電機に接続されるコンプレッサホイールおよびタービンホイールとを備えた、電動過給機。
前記ティース部の間のスロット部を前記モールド部材が充填しており、ロータに向かい合う前記モールド部材の内周面と、ロータに向かい合う前記ティース部の内周面とは同一面を構成している、請求項１に記載の検出部材の固定構造。
半径方向に延びる複数のティース部を有するステータコアと、
ロータに向かい合う前記ティース部の内周面に当接して前記ロータを取囲む筒状の保持部材と、
前記保持部材に保持されて隣り合うティース部間に位置決めされ前記ロータの回転を検出する検出部材とを備えた、検出部材の固定構造。
前記保持部材の熱膨張係数は前記ステータコアの熱膨張係数よりも大きいか同じである、請求項４に記載の検出部材の固定構造。
前記保持部材の前記ロータに向かい合う内周面は凹凸がなく平滑な面である、請求項４または５に記載の検出部材の固定構造。
半径方向に延びる複数のティース部を有するステータコアと、
複数のティース部の間に挿入される回転軸方向に延びる複数の爪部と、複数の爪部を結合する環状部とを有する保持部材と、
前記保持部材に保持されて前記ロータの回転を検出する検出部材とを備えた、検出部材の固定構造。
複数の爪部の各々は隣接するティース部に当接して前記ティース部間のスロット部を封止する、請求項７に記載の検出部材の固定構造。