JP2013215032A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用回転電機において、回転軸から回転角度検出器に漏洩する磁束を減少させることにより、回転角度の検出の精度を高める。
【解決手段】スリップリングを樹脂と一体にモールド成形することにより形成されたスリップリングモールド樹脂体を車両用回転電機の回転軸に設置し、スリップリングモールド樹脂体の外周部分であって、スリップリングモールド樹脂体の樹脂が回転軸の外周を取り囲んでいる部分に回転角度検出器の回転子を配置することにより、回転軸から回転角度検出器に漏洩する磁束が減少し、高精度な回転角度検出を行うことができるとともに、既存の部品を用いるため、部品点数を増加させることなく容易に磁気遮断手段を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転角度検出器を有する車両用回転電機に関するものであり、特に回転角度検出器の回転角度検出精度を高めることのできる車両用回転電機に関するものである。

一般に車両用回転電機は、エンジン始動時には同期電動機として、エンジン稼働中は交流発電機として使用される。そしてエンジン始動時に同期電動機として使用する場合、固定子コアや回転子コアに巻回された界磁コイルへの通電タイミングを制御する必要がある。そのため回転子コアが装着される回転軸に回転角度検出器を配置して回転角度を検出することにより界磁コイルへの通電タイミングを制御するようにしている。

ところでこの種の車両用回転電機において、回転角度検出器として磁気式のものやレゾルバを使用する場合、回転子コアに巻回された回転子コイルへの通電により発生した磁束の一部が回転軸を介して回転角度検出器に漏洩し、その結果、回転角度検出器の角度検出精度が低下するという問題がある。

そこで従来においては、回転軸自体を非磁性体により形成することにより磁気遮断手段を構成したものがあった。更には回転軸の一端側のレゾルバ回転子が装着される部分を回転軸に代えて非磁性体からなる部材で構成し、この部材により磁束遮断手段を構成したものがあった（特許文献１参照）。

特許４０７３７５９号

従来の車両用回転電機は以上のように構成されているので、回転軸自体を非磁性体により形成した場合、例えば回転軸を非磁性体であるステンレス鋼を使用すると、鋼鉄に比べて加工性が悪く、又高価になるという問題点があった。また回転軸の一部を非磁性体からなる別の部材で構成した場合は、部品数が増加するとともに、回転角度検出器の回転子と回転軸との高い同軸度を確保することが難しいという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、部品数を増加させることなく、回転軸から回転角度検出器に漏洩する磁束を減少させることにより、精度の高い回転角度の検出が可能な回転角度検出器を有する車両用回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る車両用回転電機は、回転軸に固着された回転子コアと、この回転子コアに対向して配置された固定子コアと、回転子コアに巻回された回転子コイルと、回転軸に取り付けられるとともに回転子コイルと電線によって電気的に接続されたスリップリングと、回転軸に取り付けられた回転角度検出器から構成されるものであって、スリップリングを非磁性の樹脂と一体にモールド成形することにより形成されたスリップリングモールド樹脂体を回転軸に設置し、スリップリングモールド樹脂体の外周部分であって、スリップリングモールド樹脂体の樹脂が回転軸の外周を取り囲んでいる部分に回転角度検出器の回転子を配置したものである。

この発明に係る車両用回転電機によれば、回転軸に固着された回転子コアと、この回転子コアに対向して配置された固定子コアと、回転子コアに巻回された回転子コイルと、回転軸に取り付けられるとともに回転子コイルと電線によって電気的に接続されたスリップリングと、回転軸に取り付けられた回転角度検出器から構成されるものであって、スリップリングを非磁性の樹脂と一体にモールド成形することにより形成されたスリップリングモールド樹脂体を回転軸に設置し、スリップリングモールド樹脂体の外周部分であって、スリップリングモールド樹脂体の樹脂が回転軸の外周を取り囲んでいる部分に回転角度検出器の回転子を配置したので、回転軸から回転角度検出器に漏洩する磁束が減少し、高精度な回転角度検出を行うことができるとともに、既存の部品を用いるため、部品点数を増加させることなく容易に磁気遮断手段を提供できる。

この発明の実施の形態１による車両用回転電機の構成を示す側面断面図である。 一般的な車両用回転電機の構成を示す側面断面図である。 スリップリングモールド樹脂体部分を示す断面図である。 図３のＸ−Ｘ線断面図である。 図３のＹ−Ｙ線断面図である。 軸端からスリップリング、レゾルバ、ベアリング、回転子コアの順に配置した車両用回転電機を示す側面断面図である。 車両用回転電機の従来の位置に配置したレゾルバを示す図である。 この発明の実施の形態２による車両用回転電機の構成を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態２によるレゾルバを示す図である。 この発明の実施の形態３によるスリップリング部分を示す拡大側面断面図である。

実施の形態１．
以下この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による車両用回転電機の構成を示す側面断面図である。図において、回転電機１はハウジング２を有しており、ハウジング２は左側のブラケット３及び右側のブラケット４から構成されている。また、左側のブラケット３の側部にはセンサ取付部３ａが形成されている。

回転軸７をハウジング２に回転自在に支持するための軸受け８、９が設けられ、これらの各軸受け８，９は左側のブラケット３及び右側のブラケット４にそれぞれ取り付けられている。プーリ１０には図示しないタイミングベルトが架けられるとともに、ナット１１によってプーリ１０は回転軸７に固定されている。回転子コア１２は回転軸７に装着されるとともに、回転子コイル１３は回転子コア１２に巻回されている。

回転子コア１２は、左右一対のコア部材１６、１７を一体に接合することにより構成され、各々のコア部材１６、１７は、回転子コイル１３が巻回されたボビン１３ａが収容される筒状部１６ａ，１７ａ及び爪形磁極部１６ｂ，１７ｂから構成され、爪形磁極部１６ｂ，１７ｂは回転子コイル１３を覆うように互いに交差している。このため、左右の各爪形磁極部１６ｂ，１７ｂは、周方向に沿って所定の間隔をあけて互い違いに一定ピッチで配列された形状になっている。

スリップリング２２は回転軸７に装着されており、このスリップリング２２は回転子コイル１３と電線２３を介して電気的に接続されている。したがって、回転子コイル１３に界磁電流が流れると、回転子コア１２を構成するコア部材１６，１７の各爪形磁極部１６ｂ，１７ｂが周方向に沿って交互に正負の極性が変化するように磁化される。コア部材１６、１７の軸方向端面には図示しない冷却ファンが取り付けられている。

固定子コア２４は回転子コア１２に対向するとともに、回転子コア１２と同心状に配置され、更にハウジング２に固定されている。固定子コイル２５は固定子コア２４に巻回されるとともに、図示しない３相インバータ回路に接続されている。ブラシ２６はスリップリング２２に接触するように構成されている。

回転軸７のプーリ１０の取付位置とは反対側の軸端部には回転軸７の回転角度を検出するための回転角度検出器としてレゾルバ３１が配置されている。図３はスリップリング２２部分を示す拡大側面断面図である。レゾルバ回転子３２は、スリップリングを樹脂と一体にモールド成形することにより形成されたスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａにおける外周に設けられた段差部２７ｃに固定される。これによりレゾルバ回転子３２の軸方向の位置決めを確実に行うことができる。また一方のブラケット３のセンサ取付部３ａの内周部にレゾルバ固定子３４が固定され、このレゾルバ固定子３４にレゾルバコイルが巻回されている。

一般的な回転電機では回転軸を囲むように配置されているコイルは、回転子コイルのみであり、ブラシ、スリップリングを介して回転子コイルに界磁電流を流して回転子コアを磁化している。一般的な回転電機の構成を図２に示す。このような回転電機では図２に示すように回転子コイル１３に界磁電流を流すことによって生じる磁束のうち、そのほとんどは矢印Ａに示すように、回転子から固定子へ流れ込む経路を辿るが、磁束の一部は矢印Ｂに示すように強磁性体である回転軸７を通る経路を辿ることによってレゾルバ回転子３２からレゾルバ固定子３４に漏洩する。漏洩磁束がレゾルバ固定子３４に流れ込むと、その磁束によりレゾルバコイルにノイズ電圧成分が誘起されて信号成分に重畳してしまうため、角度検出精度が低下してしまうという問題がある。

本発明においては、回転角度検出器の回転子を回転軸７に固定されたスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａに配置することにより、回転軸７とレゾルバ回転子３２との間に磁束遮断手段を設けたものである。

スリップリングモールド樹脂体２７は図３に示すようにスリップリング保持部２７ａと電線モールド部２７ｂから形成されている。スリップリング保持部２７ａはスリップリング２２を樹脂でモールドした部分であり、円筒状の形をしており、電線モールド部２７ｂは電線２３を樹脂でモールドして絶縁した部分である。図３はスリップリングモールド樹脂体２７部分を示す断面図であり、図４は図３のＸ−Ｘ線断面図、図５は図３のＹ−Ｙ線断面図である。

図４に示すようにスリップリング保持部２７ａでは回転軸７の外周は樹脂で取り囲まれている。図５に示すように電線モールド部２７ｂでは回転軸７の外周は樹脂で取り囲まれていない。そのためスリップリング保持部２７ａの外周にレゾルバ回転子３２を配置した場合は回転軸７とレゾルバ回転子３２の間に磁気遮断手段を設けることができるようになる。

スリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａは非磁性体の樹脂から構成されており、磁気抵抗が大きいため、レゾルバ回転子を回転軸に直接固定する構造に比べると、回転軸７からレゾルバ回転子３２に漏洩する磁束はスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａによって大幅に低減され、レゾルバ回転子３２外周部やレゾルバ固定子３４には流れ込みにくくなる。

その結果、漏洩磁束によって発生するノイズ成分が低減され、レゾルバの角度検出精度の低下を防ぐことができる。また、既存のスリップリングを使用して磁束遮断手段を構成しているので、新たな部品は不要となり、部品点数が増加せず、極めて簡単な構成によって回転電機を構成することができる。そして新たな部品は必要としないので、エネルギー消費を削減することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１においては、回転角度検出器を回転軸の端部に配置した場合を示しており、回転軸上には端部の回転角度検出器から順に、スリップリング２２，ベアリング８，回転子コア１２が配置されている。これらは車両用回転電機を構成するために必要な部材であるが、その配置はこの順序に限るものではなく、例えばスリップリング２２、レゾルバ３１、ベアリング８、回転子コア１２という配置や、ベアリング８、スリップリング２２、レゾルバ３１、回転子コア１２という配置でもよい。

図６は軸端からスリップリング２２、レゾルバ３１、ベアリング８、回転子コア１２の順に配置した車両用回転電機を示す側面断面図である。このようにレゾルバ３１をベアリング８の近傍に配置することにより、レゾルバ３１の軸芯と回転軸７の軸芯との間のずれが発生しにくくなると共に、図１の場合と比べるとブラケット３のセンサ取付部３ａを短くすることができるため、材料費を安くでき、更にスペースの縮小化を図ることができる。スリップリング２２は回転子コア１２内に配置された回転子コイル１３に電力を供給するための部品であるから、スリップリング２２と回転子コイル１３のコイル末端との間には電流を流すための電線が少なくとも２本設けられる。図６に電線に流れる電流を矢印Ｃで示す。図６に示すようにスリップリング２２と回転子コア１２との間にレゾルバ３１を回転軸７上に配置した場合、レゾルバ回転子３２の内周に回転軸７の軸方向に沿って電線２３が配置されることになる。

図７はレゾルバ回転子３２の内周に電線２３が配置された場合、回転軸７の軸方向に対して垂直な面で切断した状態を示す正面断面図である。レゾルバ回転子３２の内周には回転軸７と電線２３が配置されている。電線２３は回転軸７に対して平行に２本配置され、図７の右側の電線２３は紙面の上から下に向かって電流が流れるとともに、左側の電線２３は紙面の下から上に向かって電流が流れている。

このような配置とした場合、回転子コイル１３に電流が流れると電線２３にも電流が流れ、その際にアンペアの右ねじの法則に基づいて電線２３を周回する磁場が発生する。そのため、矢印Ｄのようにレゾルバ回転子３２内に流れる磁束や、矢印Ｅのようにレゾルバ固定子３４まで経由する磁束が生じる。これらの磁束によりレゾルバコイルにノイズ成分を誘起させてしまう。

このような漏洩磁束に対しても本発明による車両用回転電機によれば、適切に対処できるようにするものである。図８は本発明の実施の形態２による車両用回転電機を示す側面断面図である。レゾルバ回転子３２はスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａに配置されている。図９はスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａに配置したレゾルバ回転子３２の内周に電線２３が配置された場合、回転軸７の軸方向に対して垂直な面で切断した状態を示す正面断面図である。

図９に示すように本発明の実施の形態２においては、電線２３の外周はスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａにおける樹脂によって取り囲まれる。スリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａは非磁性体の樹脂で形成されており、磁気抵抗が大きいので、図７の矢印Ｄ、Ｅで示したような経路を辿る磁束が流れにくくなる。このようにスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａにレゾルバ回転子３２を配置することにより、回転軸７を経由して回転子コイル１３から流入する漏洩磁束による影響を低減できるだけではなく、回転軸７の軸方向に配置された電線２３に流れる電流による磁束によって、レゾルバ３１が受ける影響も効果的に低減することができる。

なお、図７、図９においては、レゾルバ回転子３２の内側には電線２３が２本配置されており、図の右側にある電線２３においては、電流が紙面の上から下に向かって流れるとともに、左側の電線２３においては、電流が紙面の下から上に向かって流れる場合を示しているが、電線２３は一対を構成するものであれば、配置はこれらの図の形態に限定されるものではない。即ち図７、図９においては、２本の電線２３が回転軸７の中心に対して点対称になるよう１８０°離れて配置した例を示したが、点対称以外の配置関係となるよう２本の電線２３を配置してもよく、更には対を構成するそれぞれの電線を２本で構成するようにしても良い。

実施の形態３．
回転角度検出器により、回転軸の回転角度の検出を高精度に行うためには、回転角度検出器の回転子と回転電機の回転軸との間の同軸度を高めるとともに、回転子の固定時における回り止め，並びに高精度な位置決めが必要となる。図１０はこの発明の実施の形態３によるスリップリング部分を示す拡大側面断面図である。本実施の形態ではレゾルバ回転子３２と回転軸７との間の同軸度を高めるために、スリップリングモールド樹脂体２７を回転軸７に固定し、スリップリング２２を回転軸７に固定した後、図１０のＫで示す範囲（スリップリングモールド樹脂体２７の先端からレゾルバ回転子３２の取付部分までの範囲）において、機械加工（旋盤による切削等）によりスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａの外周を高精度に加工し、またレゾルバ回転子３２取り付け位置に位置決め用の段差部２７ｄを形成する。これによりレゾルバ回転子３２と回転軸７との間の同軸度を高めることができるとともに、位置決め用の段差部２７ｄを形成することにより、レゾルバ回転子３２の位置決めを確実に行うことができる。

その後、段差部２７ｄにおいてレゾルバ回転子３２の軸方向における位置決めを行い、ねじ止め，接着もしくは圧入によりレゾルバ回転子３２をスリップリングモールド樹脂体２７のスリップリング保持部２７ａに固定する。以上のように構成することにより、レゾルバ回転子３２の回り止め，位置決めを確実にすることができる。このことにより部品点数を増やすことなく、スリップリングモールド樹脂体２７の加工を行うだけで、レゾルバ回転子３２の位置を固定することができる。

尚本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 車両用回転電機、７ 回転軸、１２ 回転子コア、１３ 回転子コイル、
２２ スリップリング、２３ 電線、２４ 固定子コア、
２７ スリップリングモールド樹脂体、２７ｃ，２７ｄ 段差部、３１ レゾルバ、
３２ レゾルバ回転子。

Claims (4)

1. 回転軸に固着された回転子コアと、この回転子コアに対向して配置された固定子コアと、上記回転子コアに巻回された回転子コイルと、上記回転軸に取り付けられるとともに上記回転子コイルと電線によって電気的に接続されたスリップリングと、上記回転軸に取り付けられた回転角度検出器から構成される車両用回転電機において、上記スリップリングを非磁性の樹脂と一体にモールド成形することにより形成されたスリップリングモールド樹脂体を上記回転軸に設置し、上記スリップリングモールド樹脂体の外周部分であって、上記スリップリングモールド樹脂体の上記樹脂が上記回転軸の外周を取り囲んでいる部分に上記回転角度検出器の回転子を配置したことを特徴とする車両用回転電機。
2. 上記スリップリングと上記回転子コアとの間に上記回転角度検出器を設置し、上記電線の外周が上記スリップリングモールド樹脂体の樹脂により取り囲まれていることを特徴とする請求項１記載の車両用回転電機。
3. 上記スリップリングモールド樹脂体に上記回転角度検出器の回転子の位置決めを行うための段差部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用回転電機。
4. 上記回転角度検出器がレゾルバであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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