JP2010104124A - 回転電機、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広い帯域にわたって、シールド効果を発揮し得る回転センサ部を備えた回転電機、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】固定子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を備えたパワー部と回転子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を備えた界磁電流制御回路部とは、回転子軸を回動自在に支持する一対のブラケットのうち一方のブラケットの所定の面に配置され、回転センサ部は、前記一方のブラケットの前記所定の面の近傍に配置されてなる回転電機であって、前記回転センサ部の外周部に固定されたリング状部材を備え、該リング状部材は、導電性を有する非磁性体部と磁性体部とから構成されていることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動機等の回転電機、及びその製造方法に関し、特に、車両等の比較的小さなスペースに設置され得る回転電機、及びその製造方法に関するものである。

従来、固定子電流等を制御する制御回路部と回転子の回転位置を検出する回転位置検出部とを一体に構成した制御装置一体型の回転電機は周知である。このような回転電機の出力の制御は、制御回路部に内蔵されたインバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御により回転電機の巻線に流れる電流を制御することにより行なう。即ち、スイッチング素子のオン時間とオフ時間との比率（デューティ比）を制御することによって、回転電機の巻線に流れる電流を制御し、回転電機の出力を制御するものである。

前述のスイッチング素子のスイッチング動作の際、スイッチング素子をオフにすると、その直前まで流れていた電流を瞬時に遮断するため急激な電流変化となり、この電流変化を打ち消すように電流路の周囲に磁界変化が発生する。この磁界変化が他の機器や回路に電磁ノイズとして現れ、誤動作を招く恐れがある。

特に制御装置一体型の回転電機に於いては、スイッチング素子を含むインバータ回路を備えた制御回路部と回転子の回転位置を検出する回転位置検出部とが近接して配置されることが多く、前述の急峻な電流変化によって発生する磁界変化が、回転位置検出部の領域に及び、回転位置検出部の動作に悪影響を及ぼす恐れがある。

そこで、従来、制御装置一体型回転電機に於いて、回転位置検出部を外部磁界からシールドするために、回転位置検出部の外周をシールド部材により覆うようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）

特許文献1に示された従来の回転電機によれば、回転位置検出部の外部で発生した磁界
の大部分はシールド部材によりシールドされるので、回転位置検出部の出力に重畳されるノイズレベルが低下し、回転位置検出部の誤動作を防止することができる。

特開２００７−６０７３４号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来の回転電機に於いては、磁性体により構成されたシールド部材に、その本来の設置位置からずれる、所謂、位置ずれ、が発生すると、前述のシールド部材と回転位置検出部を構成する固定子や回転子等の磁性部位とで形成される磁界にばらつきが生じ、個々の回転電機毎に性能のばらつきが発生したり、或いはノイズに対するシールド効果が悪化する等の懸念があった。

又、元来、磁性体として有効に機能する材料は、機械的にもろい材料が多く、そのような材料により形成されたシールド部材を所定の位置に保持するための位置決めの仕方によっては、磁性体の破損等の機械的劣化をまねく恐れがあった。従って、シールド部材を形成する磁性体に過度に機械的ストレスを与えることなく、シールド部材を所定位置に固定する方法若しくは手段の提供が望まれていた。

更に、前述のように構成された従来の回転電機の場合、回転位置検出部の出力である回
転位置情報を用いて回転電機の動作を制御するために、回転位置検出部の周囲を覆うシールド部材に開口部を設けて回転位置検出部と外部機器との間に電気的信号の送受信を行う信号線を配設する必要があるが、その信号線を導出するシールド部材の開口部からシールド部材の内部に外部磁束が侵入し、シールド性能を低下させる懸念があった。

この発明は、従来の回転電機に於ける前述のような課題を解決するために成されたもので、広い帯域にわたって、シールド効果を発揮し得る回転センサ部を備えた回転電機、及びその製造方法を提供することを目的としたものである。

この発明による回転電機は、固定子に設けられた固定子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を備えたパワー部と、回転子に設けられた回転子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を備えた界磁電流制御回路部と、前記回転子を支持する回転子軸に固定されたセンサ回転子とこのセンサ回転子に空隙を介して対向するセンサ固定子とこのセンサ固定子に設けられたセンサ巻線とを有し前記センサ回転子の回転位置に対応した出力を前記センサ巻線から出力する回転センサ部とを備え、前記パワー部と前記界磁電流制御制御回路部は、前記回転子軸を回動自在に支持する一対のブラケットのうち一方のブラケットの所定の面に配置され、前記回転センサ部は、前記一方のブラケットの前記所定の面の近傍に配置されてなる回転電機であって、前記回転センサ部の外周部に固定されたリング状部材を備え、該リング状部材は、導電性を有する非磁性体部と磁性体部とから構成されていることを特徴とするものである。

又、この発明による回転電機の製造方法は、前記回転センサ部は、予め前記回転センサ部と前記リング状部材とを固定した後に、前記回転電機に設置されることを特徴とする回転電機の製造方法である。

この発明による回転電機によれば、スイッチング素子のスイッチング動作により発生する急峻な磁界変化を、リング状部材の導電性の非磁性体部の表面に生じる渦電流と磁性体部の内部での低い磁気抵抗による磁気回路形成によって、回転センサ部への磁界変化の到達を低減することができるので、回転センサ部の出力に発生するノイズを低減することができ、誤動作が防止できるのみならず、高精度な回転電機の出力制御が可能となる。又、機械的強度の高い非磁性体部を用いることにより回転センサ部の保持及び位置決め機構を具備することができるため、回転センサ部の検出精度を高精度化することができ、一層の高精度な回転電機の出力制御が可能となる。

又、この発明による回転電機の製造方法によれば、回転センサ部は、予め前記回転センサ部と前記リング状部材とを固定した後に、前記回転電機に設置されるので、リング状部材と回転センサ部の芯出しを容易に行うことができる。更には、多機種にわたる回転電機に対して、同一のリング状部材を備えた回転センサ部を製造することで対応することができるので、生産性を向上させることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機について図に基づいて説明する。この発明の実施の形態１に係る回転電機は、制御装置一体型回転電機として構成されており、以下の説明では、制御装置一体型回転電機と称する。図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の断面図、図２は、この発明の実施の形態１による回転電機のリア側ブラケットに搭載されたパワー部並びに界磁電流制御回路部を示す平面図、図３は、この発明の実施の形態１による回転電機の回路図である。

図１に於いて、制御装置一体型回転電機１００は、大別すれば、回転電機部１と、パワー部２と、制御回路部３と、界磁電流制御回路部４と、回転センサ部５とから構成されている。

回転電機部１は、磁性薄板を積層して円筒状に構成された固定子鉄心６と、固定子鉄心６の軸方向両端部に配置されて固定子鉄心６を支持するフロント側ブラケット７及びリア側ブラケット８と、固定子鉄心６のスロット（図示せず）に装着された電機子巻線としての固定子巻線９と、固定子鉄心６の中空部内に挿入され外周面が固定子鉄心６の内周面に所定の空隙を介して対向したクローポール型の回転子鉄心１０と、回転子鉄心１０に固定された界磁巻線としての回転子巻線１１とを備えている。固定子鉄心６と固定子巻線９とは回転電機部１の固定子を構成し、回転子鉄心１０と回転子巻線１１とは回転電機部１の回転子を構成している。

又、回転電機部１は、回転子鉄心１０の軸心部を貫通して回転子鉄心１１に固定された回転子軸１２を備える。回転子軸１２は、フロント側ブラケット７とリア側ブラケット８とにより夫々軸受１３、１４を介して回動自在に支持されている。リア側ブラケット８の外面部に設けられたブラシ保持機１５は、回転子軸１２に設けられた一対のスリップリングに接触する一対のブラシ１５１、１５２を保持している。プーリ１６は、フロント側ブラケット７の外面部に近接して回転子軸１２の軸方向端部に固定されており、図示していないベルトを介して例えば車両のエンジン等の負荷に連結される。

制御装置一体型回転電機１００は、図３に示す回路構成を備えている。即ち、図３に於いて、回転電機部１の電機子巻線を構成する固定子巻線９は、電気角１２０°毎に位相をずらせた電流が流れるＵ、Ｖ、Ｗの3相巻線から構成されており、電力変換回路１７を介
して車両に搭載されたバッテリ１８に接続される。電力変換回路１７は、Ｕ相スイッチング回路部１９とＶ相スイッチング回路部２０とＷ相スイッチング回路部２１とを有する３相ブリッジ回路により構成され、バッテリ１８と固定子巻線９との間の電力変換を行なう。

Ｕ相スイッチング回路部１９は、電力変換回路１７のＵ相正極側アームを構成するスイッチング素子２２とＵ相負極側アームを構成するスイッチング素子２３とを備える。Ｖ相スイッチング回路部２０は、電力変換回路１７のＶ相正極側アームを構成するスイッチング素子２４とＶ相負極側アームを構成するスイッチング素子２５とを備える。Ｗ相スイッチング回路部２１は、電力変換回路１７のＷ相正極側アームを構成するスイッチング素子２６とＷ相負極側アームを構成するスイッチング素子２７とを備える。

前述の夫々のスイッチング素子２２、２３、２４、２５、２６、２７は、例えば、ＩＧＢＴ（Integrated Gate Bipolar Transistor）、若しくはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxided Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子であり、Ｓｉ或いはＳｉＣにより構成されている。

Ｕ相スイッチング回路部１９に於ける一対のスイッチング素子２２、２３は、配線部２８を介して相互に接続され、その配線部２８に設けられた端子部２９は固定子巻線９のＵ相端子９１に接続されている。Ｖ相スイッチング回路部２０に於けるスイッチング素子２４、２５は、配線部３０を介して相互に接続され、その配線部２８に設けられた端子部３１は、固定子巻線９のＶ相端子９２に接続されている。Ｗ相スイッチング回路２１に於けるスイッチング素子２６、２７は、配線部３２により相互に接続され、その配線部３２に設けられた端子部３３は、固定子巻線９のＷ相端子９３に接続されている。

各相のスイッチング回路部１９、２０、２１の正極側アームを構成するスイッチング素子２２、２４、２６の各正極側は、配線部３４により共通接続され、負極側アームを構成するスイッチング素子２３、２５、２７の各負極側は、夫々配線部３５、３６、３７を介して配線部３８により共通接続されている。配線部３４に接続されているバッテリ端子３９は、ハーネス３９１を介してバッテリ１８の正極側電極に接続される。配線部３８は、バッテリ１８の負極側電極に接続される。電力変換回路１７の直流リップル成分を平滑化するコンデンサ４０は、配線部３４、３８の間に接続されている。

回転電機部１の界磁巻線を構成する回転子巻線１１は、バッテリ１８と回転子巻線１１との間に接続された界磁スイッチング素子４１のスイッチング動作により界磁電流としての通電電流が制御される。界磁スイッチング素子４１は、例えば、ＩＧＢＴ（Integrated
Gate Bipolar Transistor）、若しくはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxided Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子であり、Ｓｉ或いはＳｉＣにより構成されている。尚、回転子巻線１１の両端間には、逆流阻止ダイオード４２が接続される。

電力変換回路１７のスイッチング素子２２〜２７、配線部２８、３０、３２、３５、３６、３７は、後述するようにパワー部２を構成し、界磁スイッチング素子４１及び逆流素子ダイオード４２は、後述するように界磁電流制御回路部４を構成する。

回転電機部１を電動機として動作させる場合には、電力変換回路１７をインバータとして動作させるべく各スイッチング素子２２〜２７を制御回路部３からの制御信号に基づいてスイッチング制御し、バッテリ１８からの直流電力を３相交流電力に変換して固定子巻線９に供給する。又、制御回路部３からの制御信号に基づいて界磁電流制御回路部４の界磁スイッチング素子４１のスイッチング制御し、バッテリ１８から回転子巻線１１に電流を供給する。

このとき、電力変換回路１７の各スイッチング素子２２〜２７、及び界磁電流制御回路部４の界磁スイッチング素子４１は、制御回路部３からの制御信号に基づいて適切なデューティ比によりオン／オフ制御され、固定子巻線９に流れる電流及び回転子巻線１１に流れる電流が制御される。固定子巻線１１に流れる電流を制御することによって、電動機動作時に於ける出力トルクを調整することができる。

一方、回転電機部１を発電機として動作させる場合には、制御回路部３からの制御信号に基づいて界磁電流制御回路部４の界磁スイッチング素子４１をスイッチング制御しバッテリ１８から回転子巻線１１に電流を供給すると共に、電力変換回路１７をコンバータとして動作させるべく各スイッチング素子２２〜２７を制御回路部３からの制御信号に基づいてスイッチング制御し、固定子巻線９に発電された３相交流電力を直流電力に変換してバッテリ１８を充電する。

このとき、電力変換回路１７の各スイッチング素子２２〜２７、及び界磁電流制御回路部４の界磁スイッチング素子４１は、制御回路部３からの制御信号に基づいて適切なデューティ比によりオン／オフ制御され、固定子巻線９に流れる電流及び回転子巻線１１に流れる電流が制御される。スイッチング素子２２〜２７は、発電電流に同期してオンされ、抵抗の小さい配線部を電流が流れることになるため、効率の高い発電が可能となる。又、回転子巻線１１に流れる電流を制御することによって、発電機動作時に於ける発電電力を調整することができる。

次に、パワー部２の構成について説明する。図２に示すように、パワー部２は、Ｕ相スイッチング回路部１９とＶ相スイッチング回路部２０とＷ相スイッチング回路部２１に分けて構成され、これらのスイッチング回路部１９、２０、２１は、リア側ブラケット８の
外面部の所定位置に配置され固定されている。即ち、各相のスイッチング回路部１９、２０、２１は、中央部に設けられた回転センサ部５の周囲を囲むように配置されてリア側ブラケット８の外面部に夫々固定されている。図２に示すパワー部２を構成する各相のスイッチング回路部１９、２０、２１は、前述の図３に示す電力変換回路１７の各相のスイッチング回路部１９、２０、２１に対応する。

図１には、パワー部２を構成する各相のスイッチング回路部１９、２０、２１のうちＶ相スイッチング回路部２０が断面で示されている。図１に於いて、Ｖ相スイッチング回路部２０は、Ｖ相正極側アームを構成するスイッチング素子２４とＶ相負極側アームを構成するスイッチング素子２５とを備える。スイッチング素子２４は正極側ヒートシンク４３に接触して固定され、その正極側は正極側ヒートシンク４３に電気的に接続されている。スイッチング素子２５は負極側ヒートシンク４４に接触して固定され、その負極側は負極側ヒートシンク４４に電気的に接続されている。負極側シートシンク４４は、導体４５を介してリア側ブラケット８に電気的に接続されている。正極側ヒートシンク４３及び負極側ヒートシンク４４は、夫々固定しているスイッチング素子２４及び２５を冷却すると共に、後述するように電流路として用いられる。

図２に示すように、ヒートシンク４３、４４の反リア側ブラケット８側には導体４６が設けられている。この導体４６は、スイッチング素子２４の負極側とスイッチング素子２５の正極側とを電気的に接続すると共に、固定子巻線９のＶ相端子９２に接続される端子部３１を備えている。又、導体４６には、制御回路部３に接続される制御端子２４５が設けられており、この制御端子２４５を介して制御回路部３からの制御信号がスイッチング素子２４、２５のゲートに与えられる。図１及び図２に示す導体４６は、図３に示す配線部３０を構成する。端子部３１は、図３に示す端子部３１に対応する。

Ｕ相スイッチング回路部１９は、Ｕ相正極側アームを構成するスイッチング素子２２（図３参照）とＵ相負極側アームを構成するスイッチング素子２３（図３参照）とを備える。正極側ヒートシンク４７は、Ｕ相正極側アームを構成するスイッチング素子２２に接触してこれを固定すると共にそのスイッチング素子２２の正極側に電気的に接続されている。負極側ヒートシンク４８は、Ｕ相負極側アームを構成するスイッチング素子２３に接触してこれを固定すると共にそのスイッチング素子２３の負極側に電気的に接続されている。負極側シートシンク４８は、導体（図示せず）を介してリア側ブラケット８に電気的に接続されている。正極側ヒートシンク４７及び負極側ヒートシンク４８は、夫々固定しているスイッチング素子２２及び２３を冷却すると共に、後述するように電流路として用いられる。

ヒートシンク４７、４８の反リア側ブラケット８側には導体４９が設けられている。この導体４９は、スイッチング素子２２の負極側とスイッチング素子２３の正極側とを電気的に接続すると共に、固定子巻線９のＵ相端子９１に接続される端子部２９を備えている。又、導体４９には、制御回路部３に接続される制御端子２２３が設けられており、この制御端子２２３を介して制御回路部３からの制御信号がスイッチング素子２２、２３のゲートに与えられる。図２に示す導体４９は、図３に示す配線部２８を構成する。端子部２９は、図３に示す端子部２９に対応する。

Ｗ相スイッチング回路部１９は、Ｗ相正極側アームを構成するスイッチング素子２６(
図３参照)とＷ相負極側アームを構成するスイッチング素子２７（図３参照）とを備える
。正極側ヒートシンク５０は、Ｗ相正極側アームを構成するスイッチング素子２６に接触してこれを固定すると共にそのスイッチング素子２６の正極側に電気的に接続されている。負極側ヒートシンク５１は、Ｕ相負極側アームを構成するスイッチング素子２７に接触してこれを固定すると共にそのスイッチング素子２７の負極側に電気的に接続されている
。負極側シートシンク５１は、導体（図示せず）を介してリア側ブラケット８に電気的に接続されている。正極側ヒートシンク５０及び負極側ヒートシンク５１は、夫々固定しているスイッチング素子２６及び２７を冷却すると共に、後述するように電流路として用いられる。

ヒートシンク５０、５１の反リア側ブラケット８側には導体５２が設けられている。この導体５２は、スイッチング素子２６の負極側とスイッチング素子２７の正極側とを電気的に接続すると共に、固定子巻線９のＷ相端子９３に接続される端子部３３を備えている。又、導体５２には、制御回路部３に接続される制御端子２６７が設けられており、この制御端子２６７を介して制御回路部３からの制御信号がスイッチング素子２６、２７のゲートに与えられる。図２に示す導体５２は、図３に示す配線部３２を構成する。端子部３３は、図３に示す端子部３３に対応する。

各相のスイッチング回路部１９、２０、２１の夫々の正極側ヒートシンク４７、４３、５０は、相互に電気的に接続されると共に、車両のバッテリ１８の正極側電極に接続されるバッテリ端子３９に接続されている。従がって、各相の正極側アームを構成する全てのスイッチング素子２２、２４、２６の正極側は、夫々の正極側ヒートシンク４７、４３、５０、バッテリ端子３９、及びハーネス３９１を介して、バッテリ１８の正極側電極に接続される。各正極側ヒートシンク４７、４３、５０は、全体として図３に示す配線部３４を構成している。

一方、各相のスイッチング回路部１９、２０、２１の夫々の負極側ヒートシンク４８、４４、５１は、夫々リア側ブラケット８に電気的に接続され、このリア側ブラケット８を介して車両のバッテリ１８の負極側電極に接続される。従がって、各相の負極側アームを構成する全てのスイッチング素子２３、２５、２７の負極側は、夫々の負極側ヒートシンク４８、４４、５１、及びリア側ブラケット８を介して、バッテリ１８の負極側電極に接続される。各負極側ヒートシンク４８、４４、５１、及びリア側ブラケット８は、全体として図３に示す配線部３８を構成している。

図２に示すように、パワー部２を構成する各相のスイッチング回路部１９、２０、２１は、リア側ブラケット８の外形内部に収まり、且つ回転センサ部５の周囲を取り巻くようにコンパクトに配置されている。

次に、界磁電流制御回路部４の構成について説明する。図１および図２に於いて、界磁電流制御回路部５は、その筐体５３内に、回転子巻線１１の界磁電流を制御するための界磁スイッチング素子４１と、前述の図３に示す平滑用のコンデンサ２９と、逆流阻止ダイオード４２とを備えている。界磁電流制御回路部４の出力端子は、ブラシ保持器１５により保持された一対のブラシ１５１、１５２及び一対のスリップリングを介して、回転子巻線１１に接続されている。

界磁電流制御回路部４に設けられた界磁スイッチング素子４１の正極側は、バッテリ端子３９、ブラシ及びスリップリング、回転子巻線１１を介して、バッテリ１８の正極側電極に接続され、界磁スイッチング素子４１の負極側はリア側ブラケット８を経てアースに接地される。

界磁電流制御回路部４は、パワー部２の各相のスイッチング回路部１９、２０、２１が配置された箇所とは別の所定位置でリア側ブラケット８の一部分の領域を占めるように配置されている。このようにパワー部２と界磁電流制御回路部５とが、回転電機部１の周方向に分割配置されていることにより、これらを空間的にコンパクトに回転電機部１に搭載することができる。

即ち、回転センサ部５の周りを取り囲むようにパワー部２がコの字型にリア側ブラケット８上に配置されると共に、パワー部２のコの字の開口部に相当するリア側ブラケット８の位置には、回転子巻線１１に電流を供給するためのブラシ保持器１５が配置され、ブラシ保持器１５の上方にブラシ１５１、１５２と電気的に接続される界磁電流制御回路部４が配置されている。従がって、リア側ブラケット８の側面内に、パワー部２と主要な回路部である界磁電流制御回路部４とブラシ保持器１５とが収納されるので、コンパクトな構造となる。

制御回路部３は、図１に示すように、パワー部２、界磁電流制御回路部４、及び回転センサ部５に対して、外側に配置されている。制御回路部３は、回転センサ部５の外周部に設けられた後述するリング状部材５７の外周部に嵌合する絶縁物製の制御回路部筐体３０１を備え、この制御回路部筐体３０１内に、パワー部２のスイッチング素子２２〜２７、及び界磁電流制御回路部４の界磁スイッチング素子４１のゲートに与えるべき制御信号を生成し出力する制御回路基板３０２を備えている。制御回路部筐体３０１は、パワー部２及び開示電流制御回路部４を覆うように構成されている。

次に、回転センサ部５について説明する。図１及び図２に於いて、回転センサ部５は、回転子軸１２の反負荷側の先端部近傍に設けられている。この発明の実施の形態１に於ける回転センサ部５は、回転子軸１２に固着され回転子軸１２と一体に回転するセンサ回転子５４と、このセンサ回転子５４の外周面に空隙を介して対向する内周面を備えたセンサ固定子５５と、センサ固定子５５に巻回された磁界を形成するための励磁巻線と磁界変化を検出するための検出巻線からなるセンサ巻線部５６とを備える。回転センサ部５は、パワー部２、界磁電流制御回路部５に取り囲まれるように、回転電機部１の中心部に配置されている。

励磁巻線及び検出巻線からなるセンサ巻線部５６は、制御回路部３に接続されており、回転電機部１の回転子の回転位置を検知する規準となる交流電圧が制御回路部３から励磁巻線に印加されて交流磁界を発生する。センサ回転子５４は、連続的に半径の異なる部位が周方向に繰り返して形成された花弁形状をなしており、このセンサ回転子５４の回転に応じて変化する磁界がセンサ固定子５５との間に形成され、この磁界の変化に応じた出力電圧がセンサ巻線部５６の検出巻線に発生する。このようにセンサ回転子５４の回転動作に対応して検出巻線に鎖交する磁界が変化するので、検出巻線の発生する出力電圧がセンサ回転子５４の回転動作に対応して変化し、これにより回転電機部１の回転子の回転位置、即ち回転角度を検出することができる。

周知のように、パワー部２のスイッチング素子２２〜２７が動作し始めて電流が急激に変化する動作初期に於いては、回転センサ部５の出力に前述の電流の急変に基づくノイズが重畳される恐れがある。図５は、回転センサ部５の出力に重畳されるノイズ波形の例を示す説明図である。図５に示すように、界磁スイッチング素子４１のスイッチング動作により時点ｔ１に於いて界磁電流が急変すると、その界磁電流の急変を抑える方向に磁界変化が発生し、時点ｔ１からその近傍の時点にかけて回転センサ部５の検出巻線の出力に高い周波数を持つピーク間幅Ａのノイズａが発生する。その後、このノイズａに続いて、界磁スイッチング素子４１とコンデンサ４０間の電流経路によるやや周波数の低い振動ノイズｂが発生する。尚、図示していないが、パワー部２のスイッチング素子２２〜２７のスイッチング動作によっても同様にノイズが発生する。

このことは、回転電機部１の固定子巻線９、或いは回転子巻線１１に流れる電流を制御するパワー部２や界磁電流制御回路部４が、回転センサ部５の近くに配置されて回転電機部１に一体に搭載されている構造に固有の問題として懸念される。

この発明の実施の形態１による回転電機によれば、回転センサ部５の外周側に、夫々円筒形状に形成された非磁性体部５７１と磁性体部５７２とからなるリング状部材５７を設けることにより、前述のノイズを除去若しくは低減させるようにしている。

図４は、回転センサ部５を拡大して示す断面模式図である。即ち、図４に示すように、回転センサ部５のセンサ固定子５５の外側には、リング状部材５７が設けられている。リング状部材５７は、円筒形状に形成された非磁性体部５７１とこの非磁性体部５７１の外周面に配置された円筒形状に形成された磁性体部５７２とから構成されており、回転センサ部５の外周部を包囲するように、つまり回転センサ部５の外周部をその円周方向に閉じた状態で取り付けられている。

円筒形状の非磁性体部５７１は、その内周面及び外周面の夫々に段差部５８、５９が形成されている。センサ固定子５５は、その鉄心の軸方向一端部の外周面が非磁性体部５７１の内周部に嵌合され、且つその鉄心の軸方向一端面５５１が非磁性体部５７１の段差部５８に当接して非磁性体部５７１に固定されている。このように構成することにより、センサ固定子５５の鉄心は、非磁性体部５７１及び磁性体部５７２と同軸に位置決め固定される。

更に、センサ固定子５５の鉄心の軸方向一端面５５１及び周面５５２に接する非磁性体部５７１が、渦電流による電磁シールドとして作用するため、センサ固定子５５の鉄心を通る磁束が減少して前述のノイズを低減させることができる。

非磁性体部５７１は、その外周面の段差部５９を形成する大径部５９１がリア側ブラケット８の突出固定部８１の内周部に嵌合されることにより、リア側ブラケット８の突出固定部８１に固定されている。磁性体部５７２は、非磁性体部５７１の外周面に嵌合されて固定されると共に、その軸方向一端面が非磁性体部５７１の段差部５９及びリア側ブラケット８の突出固定部８１の軸方向一端面に夫々当接している。

突出固定部８１は、リア側ブラケットの軸受１４を固定している部位に対して同軸に位置決めされてリア側ブラケット８に固定されている。従がって、リング状部材５７を構成する非磁性体部５７１の内周面及び外周面に形成する段差部５８、５９を高精度に加工することにより、回転センサ部５の回転子軸１２に対する同軸度を確保することができる。リング状部材５７を構成する非磁性体部５７１の段差部５８、５９の形状精度は、成形加工或いは機械加工等で比較的容易に確保できるため、回転センサ部５の回転子軸１２に対する同軸度を容易に確保することができ、前述の構成の工業的に価値が高い。

又、非磁性体部５７１及び磁性体部５７２からなるリング状部材５７は、スイッチング素子の急峻な電流変化による磁界変化に対して、渦電流発生による電磁シールド及び低い磁気抵抗による磁束バイパスのシールドとして作用する。

図６は、リング状部材５７を取り付けた場合の回転センサ部５の出力に重畳されるノイズのノイズレベルを測定した結果を示すグラフである。図６に於いて、(ａ)は、シールドとして磁性体である鉄をリング状部材として設けた場合のノイズレベル、(ｂ)は、シールドとしてアルミニウムからなる非磁性体部のみをリング状部材として設けた場合のノイズレベル、更に、(ｃ)は、シールドとしてアルミニウムに加えてフェライトからなる磁性体部をリング状部材を設けた場合のノイズレベルを夫々示している。又、（ａ）、（ｂ）、(ｃ)に於ける塗潰しグラフ及び白抜きグラフは、前述の図５に示すノイズａ、ノイズｂを夫々示している。

図６に於いて、鉄のリング状部材を設けた場合(ａ)は、リング状部材５７を設けない場合のノイズレベルに対して全体的に１／２程度に減少したノイズレベルである。これに対して、アルミニウムからなる非磁性体部のみを設けた場合(ｂ)は、ノイズレベルは更に１／２程度に減少し、又、非磁性体部に磁性体部を追加して設けた場合（ｃ）には、ノイズレベルは1桁以上減少している。従がって、非磁性体部５７１と磁性体部５７２により構
成したリング状部材５７を回転センサ部５の外周部に設けたこの発明の実施の形態１に於ける回転電機は、回転センサ部５のノイズ低減に著しい効果を発揮していることが明らかとなった。

アルミニウム或いは銅を主成分として非磁性体部５７１を構成すれば、電気伝導性が良く優れた電磁遮蔽効果が発揮できるだけでなく、磁気遮蔽効果の高いフェライトを主成分とするような磁性体に比べて加工が容易で機械的な強度も高く、信頼性の高い回転センサ部５の前述の位置決め機構或いは磁性体部５７２の保持機構を提供することができる。

更に、非磁性体部５７１をアルミニウム或いは銅を主成分として構成することで、熱伝導率が高く、渦電流発生による温度上昇の低減、回転センサ部５の放熱性を高めることができ、回転センサ部５の検出精度向上を図ることができる。

又、図４に示すように磁性体部５７２は、非磁性体部５７１の外周面に設けている。非磁性体部５７１は、回転センサ部５の軸方向長さ方向に、少なくとも回転センサ部５のセンサ巻線部５６よりも長い形状を有し、リング状部材５７の磁性体部５７２は、回転センサ部５のセンサ固定子５５の鉄心の一方の軸方向端面５５１よりも回転子軸１２の内側に長く延在して形成されている。一方、センサ固定子５５の鉄心の軸方向他端面５５３よりも回転子軸１２の軸方向先端部側に突き出して長く形成されている。このように構成することにより、特に、センサ固定子５５の鉄心に流入する磁束がリング状部材５７の磁性体部５７２により遮蔽されるので、センサ巻線部５６に含まれる検出巻線に重畳するノイズを効果的に低減することができる。尚、センサ巻線部５６の巻線終端部５６１は、非磁性体部５７１の端部から引き出されている。

磁性体部５７２を回転センサ部５の外周側に設けることによって、磁気遮蔽としての作用効果がより得られる。即ち、磁性体部５７２の低い磁気抵抗により、スイッチング素子のスイッチング動作時に発生する磁束が選択的に流入し、磁性体部５７２の周辺には高い強度の磁界が形成されることになる。従がって、磁性体部５７２が磁束の発生源となるスイッチング素子により近い程、スイッチング素子の近傍で磁束を広げることなく遮蔽することができるため、より一層のノイズシールド効果を得ることができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による回転電機に於ける回転センサ部を拡大して示す断面模式図である。図７に於いて、回転センサ部５は、励磁巻線及び検出巻線を有するセンサ巻線部５６を備え、このセンサ巻線部５６の励磁巻線及び検出巻線は、制御回路部３に接続される。即ち、巻線終端部は制御回路部３の接続部と接続される。

この実施の形態２による回転電機によれば、リング状部材５７の非磁性体部５７１の一部に切り欠き部６０を設け、この切り欠き部位６０から巻線終端部５６１を引き出して制御回路部３に接続している。磁性体部５７２は、非磁性体部５７１の切り欠き部６０と重ならない軸方向長さに形成され、且つ全周に亘り同一軸方向長さで回転センサ部５の外周を包囲するように形成されている。このように構成することにより、スイッチング素子のスイッチング動作時の磁束変化が切り欠き部６０から回転センサ部５に侵入することがないため、良好なシールド効果が得られる。

又、実施の形態１の場合と同様に、リング状部材５７の非磁性体部５７１は、回転センサ部５の軸方向長さ方向に少なくとも回転センサ部５よりも長い形状に構成とし、且つ磁性体部５７２は、回転センサ部５のセンサ固定子５５の鉄心の軸方向他端面５５３よりも回転子軸１２の先端側に突き出して長い形成に構成することにより、切り欠き部６０の形成によるシールド効果を低下させることなく巻線終端部５６１の引き出すことができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３による回転電機に於ける回転センサ部を拡大して示す断面模式図である。図８に於いて、回転センサ部５のセンサ巻線部５６の巻線終端部は、予め絶縁性のある樹脂部材６１にモールドされたターミナル部材６２に接続されている。樹脂部材６１は、非磁性体部５７１の切り欠き部６０に嵌合して固定され、その切り欠き部６０から非磁性体部５７１の外周面上に突出した部位を備えており、その突出した樹脂部材６１の部位からターミナル部材６２が回転センサ部５の外部へ導出されている。

樹脂部材６１が非磁性体部５７１の切り欠き部６０に嵌合して固定されているので、リング状部材５７に対してターミナル部材６２の位置も固定されるため、センサ巻線５６の巻線終端部の位置がばらついて出力に影響することもなく、検出精度が向上する。更に、巻線終端部がリング状部材５７の非磁性体部５７１により確実に機械的に保持できるので、特に振動環境などの厳しい場合においても、信頼性の高い配線を実現することができる。

樹脂部材６１によりモールドする場合には、リング状部材５７もモールドして一体化しても良く、更には、センサ固定子５５の鉄心も一体にモールドしても良い。又、樹脂部材６１に、例えば、絶縁性の磁性体の粉末を混ぜ合わせて成形しても良く、この場合、より一層のシールド効果の向上を図ることができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４による回転電機に於ける回転センサアセンブリの斜視図を示す。この実施の形態４に於いては、図９に示すように、予め、非磁性体部５７１と磁性体部５７２とからなるリング状部材５７と、回転センサ部５のセンサ固定子５５の鉄心と、センサ巻線部５６とが一体化された回転センサアセンブリ５００を製造するようにしたものである。その他の構成は、実施の形態１乃至３と同様である。

即ち、先ず、センサ固定子５５の鉄心にセンサ巻線部５６を巻回する。次に、このセンサ巻線部５６を巻回して一体化されたセンサ固定子５５の鉄心を、リング状部材５７に位置決めして固定する。この際、センサ固定子５５を非磁性体部５７１に圧入して嵌合し、若しくは、非磁性体部５７１の内径をセンサ固定子５５の外径よりやや大きく形成し、非磁性大部５７１の内周面とセンサ固定子５５の外周面とを接着剤により接着固定する等の方法で固定する。

このようにして回転センサアセンブリ５００を製造すれば、独立したリング状部材５７に対してセンサ固定子５５の鉄心を固定するので、その固定の際のリング状部材５７の保持を容易に行うことができ、高い精度でセンサ固定子５５の鉄心とリング状部材５７とを固定することが可能となる。

尚、前述のようにして製造した回転サンサアセンブリ５００に於いて、実施の形態３と同様に、センサ巻線部５６の巻線終端部は、予め絶縁性のある樹脂部材６１にモールドされたターミナル部材６２に接続されている。樹脂部材６１は、非磁性体部５７１の切り欠き部６０に嵌合して固定され、その切り欠き部６０から非磁性体部５７１の外周面上に突出した部位を備えており、その突出した樹脂部材６１の部位からターミナル部材６２が回
転センサ部５の外部へ導出されている。

通常、回転センサ部５は、回転電機１００が搭載される車輌等のプラントや製品の中の多数ある品種によって、種々の形状を有するが、リング状部材５７の非磁性体部５７１に於ける回転電機部１との嵌合部や段差形状を、回転センサアセンブリ５００の状態で、品種に合わせて加工することで、同一の回転センサアセンブリ５００から種々の品種の回転センサアセンブリの製造が可能となる。

又、特にセンサ固定子５５の鉄心と、リア側ブラケット８にベアリング等の軸受１４を介して支持される回転子軸１２との位置決めは、回転子軸１２の偏芯等の影響を受けて正確に行なえないかとがあり、この場合、回転センサ５による回転位置の検出精度が悪化する恐れがある。これに対して、この発明の実施の形態４によれば、センサ固定子５５の鉄心を組み付けた回転センサアセンブリ５００を製造した後に、非磁性体部５７１の外周面に形成する前述の段差部５９を加工して芯出しをすることができ、センサ固定子５５の鉄心と回転子軸１２との位置精度が高くなり、回転センサ部５の検出精度が向上する。このようにすれば、センサ固定子５５の鉄心とリング状部材５７とを接着剤により接着固定して、センサ固定子５５の鉄心に対して低ストレスでリング状部材５７を固定する場合でも後加工で芯出し位置を調整するので、センサ固定子５５の鉄心と回転子軸１２との位置精度を維持することができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態１による回転電機のリア側ブラケットに搭載されたパワー部並びに界磁電流制御回路部を示す平面図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の回路図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の回転センサ部を拡大して示す断面模式図である。 回転センサ部５の出力に重畳されるノイズ波形の例を示す説明図である。 リング状部材を取り付けた場合の回転センサ部の出力に重畳されるノイズのノイズレベルを測定した結果を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による回転電機に於ける回転センサ部を拡大して示す断面模式図である。 この発明の実施の形態３による回転電機に於ける回転センサ部を拡大して示す断面模式図である。 この発明の実施の形態４による回転電機に於ける回転センサアセンブリの斜視図である。

符号の説明

１００ 回転電機 １ 回転電機部
２ パワー部 ３ 制御回路部
４ 界磁電流制御回路部 ５ 回転センサ部
６ 固定子鉄心 ７ フロント側ブラケット
８ リア側ブラケット ９ 固定子巻線
１０ 回転子鉄心 １１ 回転子巻線
１２ 回転子軸 １３、１４ 軸受
１５ ブラシ保持器 １５１、１５２ ブラシ
１６ プーリ １７ 電力変換回路
１８ バッテリ １９ Ｕ相スイッチング回路部
２０ Ｖ相スイッチング回路部 ２１ Ｗ相スイッチング回路部
２２、２３、２４、２５、２６、２７ スイッチング素子
２８、３０、３２、３４、３５、３６、３７、３８ 配線部
２９、３１、３３ 端子部 ３９ バッテリ端子
４０ コンデンサ ４１ 界磁スイッチング素子
４２ 逆流阻止ダイオード ４３、４７、５０ 正極側ヒートシンク
４４、４８、５１ 負極側ヒートシンク
４５、４６、４９、５２ 導体 ９１ Ｕ相端子
９２ Ｖ相端子 ９３ Ｗ相端子
２２３、２４５、２６７ 制御端子 ３９１ ハーネス
３０１ 制御回路部筐体 ３０２ 制御回路基板
５４ センサ回転子 ５５ センサ固定子
５６ センサ巻線部 ５７ リング状部材
５７１ 非磁性体部 ５７２ 磁性体部
５８、５９ 段差部 ６０ 切り欠き部
６１ 樹脂部材 ６２ ターミナル部材
５００ 回転センサアセンブリ

Claims (7)

1. 固定子に設けられた固定子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を備えたパワー部と、
   回転子に設けられた回転子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を備えた界磁電流制御回路部と、
   前記回転子を支持する回転子軸に固定されたセンサ回転子と、このセンサ回転子に空隙を介して対向するセンサ固定子と、このセンサ固定子に設けられたセンサ巻線とを有し、前記センサ回転子の回転位置に対応した出力を前記センサ巻線から出力する回転センサ部とを備え、
   前記パワー部と前記界磁電流制御制御回路部は、前記回転子軸を回動自在に支持する一対のブラケットのうち一方のブラケットの所定の面に配置され、前記回転センサ部は、前記一方のブラケットの前記所定の面の近傍に配置されてなる回転電機であって、
   前記センサ固定子の外周面に固定されたリング状部材を備え、該リング状部材は、導電性を有する非磁性体部と磁性体部とから構成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記リング状部材を構成する磁性体部は、フェライトを主成分とする材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記リング状部材を構成する非磁性体部は、前記センサ巻線の巻線終端部に接続されたターミナル部材を導出する切り欠き部を備え、前記リング状部材を構成する磁性体部は、その全周に亘って軸方向にほぼ同一の長さを有し前記回転センサ部の外周部を全周に亘って覆うように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記ターミナル部材は、樹脂部材によりモールドされ、前記樹脂部材は前記非磁性体部の切り欠き部に嵌合していることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記リング状部材を構成する磁性体部は、少なくとも前記センサ固定子よりも軸方向に延在するように前記非磁性体部に保持されると共に、前記非磁性体部は、少なくとも前記センサ巻線よりも軸方向に延在するように設置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の回転電機。
6. 前記磁性体部は前記非磁性体部よりも外周側に配置されていることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の回転電機。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転電機の製造方法であって、前記回転センサ部は、予め前記回転センサ部と前記リング状部材とを固定した後に、前記回転電機に設置されることを特徴とする回転電機の製造方法。

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