JP2014217147A - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子位置検出センサの検出精度向上、信頼性向上、冷却性の向上、部品点数の減少によるコスト削減、重量削減を有する制御装置一体型回転電機を得る。【解決手段】この発明に係る制御装置一体型回転電機は、フロントブラケット２、リヤブラケット３と、前記ブラケット２，３に回転自在に支持された回転軸７と、前記回転軸７に固定される回転子８と、前記回転子８の回りに配置され、前記ブラケット２，３に固定される固定子１０と、前記リヤブラケット３の中空部に設けられた円筒部４に配設され、前記回転子８の回転位置を検出する回転子位置検出センサ２８を有し、前記回転子位置検出センサ２８はヒートシンク２５に接着あるいは熱かしめにより固定されている。【選択図】図４

Description

この発明は、モータ部と制御回路部とが連結された制御装置一体型の車両用の回転電機に関し、特に回転子位置検出センサの取付け構造に関するものである。

従来の回転電機における回転子位置検出センサの取付け構造としては、例えば特許第４４７９８２１号（特許文献１）のように、回転位置検出センサが制御装置のリードフレームに固定される構造や、特許第３５４６８８６号（特許文献２）のように、回転位置検出センサをリヤブラケットに対してネジ止めで固定している例がある。

特許第４４７９８２１号 （段落[００１３]、図１） 特許第３５４６８８６号 （段落[００２１]、図５）

特許文献１における従来の回転電機では、回転位置検出センサが制御装置のリードフレームに固定される構造が提案されている。また、特許文献２では、リヤブラケットに磁極位置検出センサが固定される構造が提案されている。ここで、ヒートシンクに直接ネジで締結し固定した場合、ネジ軸力でのコア変形により回転子位置検出センサの検出精度が低下するという問題が発生していた。また、回転子位置検出センサのインシュレータを介してヒートシンクに固定する場合は、ネジ軸力でインシュレータが変形し、温度変化に伴う熱収縮や振動によりコイルの断線が生じ、信頼性が低下していた。さらに、ネジ軸力によるインシュレータ変形を防ぐため、ブッシュが一体成形されており、部品コストが高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、その目的は、回転センサの検出精度向上、信頼性向上、部品点数の減少によるコスト削減と冷却性の向上を有する回転電機を提供するものである。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、フロントブラケット、リヤブラケットと、前記ブラケットに回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に固定される回転子と、前記回転子の回りに配置され、前記ブラケットに固定される固定子と、前記リヤブラケットの中空部に設けられた円筒部に配設され、前記回転子の回転位置を検出する回転子位置検出センサを有し、回転子位置検出センサはヒートシンクに樹脂による接着乃至熱かしめにより固定されている。

この発明に係わる回転電機によれば、回転子位置検出センサの検出精度向上と部品点数を減少させ、信頼性の高い構造を有する回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す側面断面図である。 （ａ）はこの発明の実施の形態１に係る回転子位置検出センサを示す正面図、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ）はこの発明の実施の形態１に係るセンサカバーを設けた回転子位置検出センサを示す正面図、（ｂ）は側面断面図である。 この発明の実施の形態１に係るヒートシンクとの固定構造に関する構成を示す部分拡大図である。 （ａ）はこの発明の実施の形態１に係るスナップフィットの構造とラビリンス状係合部の構造を示す側面断面図である。（ｂ）はスナップフィットの構造とラビリンス状係合部の構造の他の例を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す側面断面図である。 （ａ）はこの発明の実施の形態２に係わるレゾルバを示す正面図、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ）はこの発明の実施の形態２に係わるセンサカバーを設けたレゾルバを示す正面図、（ｂ）は側面断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１〜図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す側面断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる回転子位置検出センサ２８を示す正面図、及び側面断面図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わるセンサカバー３４を設けた回転子位置検出センサ２８を示す正面図、及び側面断面図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わるヒートシンクとの固定構造に関する構成を示す図である。図５はこの発明の実施の形態１に係わるスナップフィットの構造を示す側面断面図である。

図１に示すように、この実施の形態１の回転電機では、例としてクローポール型発電電動機について説明する。
この制御装置一体型回転電機は、モータ部１と、制御装置部２４により構成される。モータ部１は、固定子巻線１１と固定子鉄心とにより構成される円筒状の固定子１０、回転軸７に固定され、固定子１０内で回転するとともに界磁巻線９と界磁鉄心とフロントファン１６、リヤファン１５により構成される回転子８、回転子８の軸方向両側において回転軸７を支持するフロントベアリング５及びリヤベアリング６、固定子１０を保持するとともに、回転子８をフロントベアリング５及びリヤベアリング６を介して保持する一体に連結されるアルミニウム製のフロントブラケット２及びリヤブラケット３からなるブラケットにより構成されている。
また、フロントベアリング５の軸前方向における回転軸７の端部は、フロントブラケット２より突出し、プーリ１９が固定されている。

リヤブラケット３の軸方向後方側に配置される制御装置部２４は、固定子１０の固定子巻線１１に位相制御された三相交流電力を供給するための直流交流相互変換回路２０、ブラシホルダ１４と接続され回転子８に界磁電流を流す界磁電流スイッチング回路２１から構成されるパワーモジュールと、このパワーモジュール２０、２１を制御する制御基板２２と、回転子８の回転角度を検出するための回転子位置検出センサ２８とから構成され、軸方向後方はカバー２３により覆われている。

また、制御装置部２４は、直流交流相互変換回路２０が配置されている冷却用ヒートシンク２５と、ターミナル３１を備えたリードフレーム２９と、直流交流相互変換回路２０、界磁スイッチング回路２１を制御するための制御基板２２を備えている。
パワーモジュール２０、２１はブラシホルダ１４内部に設けられたブラシ１３とスリンガ４７で覆われているスリップリング１２を介して回転子８の界磁巻線９に電力を供給する。
制御基板２２は、制御装置一体型回転電機の固定子巻線１１に位相制御された三相交流電力を供給するための直流交流相互変換回路２０を制御し、界磁巻線９に電力を供給するための界磁電流スイッチング回路２１を制御する。また、制御基板２２上に回転子位置検出センサ２８の検出信号を角度信号に変換するセンサ変換器（図示せず）が実装されている。

リヤブラケット２の軸方向後端中央部に軸方向に延出する円筒部４が設けられ、円筒部４内にリヤベアリング６が設けられ、回転軸７の後方側端部に回転子８の回転速度や回転位置を検出する回転子位置検出センサ２８のセンサロータ２６が取り付けられ、センサロータ２６がリヤブラケット３の円筒部４内部に位置するようにリヤベアリング６に回転軸７の後端側が支持される。回転子位置検出センサ２８のセンサスてータ２７は、その内周面がセンサロータ２６の外周面と対向するように、リヤブラケット３の円筒部４内部に直接嵌合され、制御基板２２と電気的に接続される。センサステータ２７の出力信号は信号線により制御基板２２に実装されたセンサ変換器（図示せず）へ供給され、センサ変換器で角度信号に変換されて、この角度信号が直流交流相互変換回路２０及び界磁電流スイッチング回路２１を制御する制御基板２２に供給され、角度信号に基づき直流交流相互変換回路２０と界磁電流スイッチング回路２１によって固定子巻線１１への電流制御及び界磁巻線９への電流制御が行われ、コネクタ５０を介して車両と信号が伝達され、制御装置一体型回転電機の制御が実行される。

次に、固定子１０の固定子巻線１１の口出線１１ａと制御装置部２４の直流交流相互変換回路２０の電気的な接続構成について説明する。リヤブラケット３と制御回路部との間に、固定子巻線１１の口出線１１ａと接続される第１接続部１７と、その第１接続部１７より外周側に位置した第２接続部１８とを有するターミナル３１がインサート成形されたコネクティングボード３０が配設されている。なお、リードフレーム２９のターミナル３１は直流交流相互変換回路２０の端子と例えば溶接により接続されている。

コネクティングボード３０はリヤブラケット３のリヤ側にネジ（図示せず）で固定される。固定子巻線１１の口出し線１１ａはリヤブラケット３を軸方向に貫通して、コネクティングボード３０にインサート成形されたターミナル３１の第１接続部１７と例えば溶接により接続される。

その後、制御装置部２４がリヤブラケット３に組み付けられ、コネクティングボード３０にインサート成形されたターミナル３１の第１接続部１７より外周側に位置する第２接続部１８と、制御装置部２４のリードフレーム２９にインサート成形されたターミナル３１とが例えばネジ３３およびナット３２によって固定され電気的に接続される。リードフレーム２９にインサート成形されたターミナル３１と直流交流相互変換回路２０の端子は例えば溶接等で接続される。

次に、図２、図３に示す回転子位置検出センサ２８について説明する。回転子位置検出センサ２８は、回転軸７と同軸的に配置されて、回転子８の回転位置を検出する。ここでの、回転子位置検出センサ２８とは、磁束の変化を回転速度に換算する磁気式回転センサであれば、どういった種類のセンサでも構わない。この回転子位置検出センサ２８は、一般的には、センサロータ２６とセンサステータ２７とにより構成され、センサステータ２７の内側にセンサロータ２６が回転自在に設けられている。そして、リヤブラケット３とブラシホルダ１４との間に位置し、センサ端子が配設されたインシュレータ３５を有している。インシュレータ３５とブラシホルダ１４の間にはセンサカバー３４が設けられている。

このインシュレータ３５は図４に示すように、一部径方向に突出しており、ヒートシンク２５との接着面を拡大させるために接着樹脂４６を配置するための樹脂溜り４３を備える構造になっている。固定の際は、シリコン系などの常温硬化型樹脂、エポキシ系などの加熱硬化型樹脂を滴下、または塗り伸ばした後に硬化し、固定を行う。ここで、これら樹脂はインシュレータ３５とヒートシンク２５とを十分に保持させる固定力を持つ樹脂であれば、どういった種類の樹脂でも構わない。なお、図１において、ヒートシンク２５からプーリ１９方向に対して回転子位置検出センサ２８が配置されているが、ヒートシンク２５と同一平面に配置されていたり、カバー２３方向に配置されていても構わない。

また、回転子位置検出センサ２８のセンサカバー３４とインシュレータ３５間にはラビリンス状係合部４９が設けられ、それぞれを押し当てることで防水構造が形成されている。インシュレータ３５とリヤブラケット３との間、又は回転子位置検出センサ２８のインシュレータ３５とブラシホルダ１４との間、あるいは回転子位置検出センサ２８のインシュレータ３５とスリンガ４７との間にはラビリンス状係合部４９が設けられており、各部とも硬度の低い樹脂で互いに接触面を構成することで、樹脂の弾性によるたわみで接触面積が増加し、ラビリンス状係合部４９の防水性が向上する。また、このラビリンス状係合部４９が無い箇所については、シール材または、パッキン、オーリング等樹脂成形部品により防水が図られる。

このセンサカバー３４とインシュレータ３５の固定については、センサカバー３４の端部を一部延伸させて設けられたスナップフィット４４により行われており、スナップフィット４４の配置箇所については、図５（ａ）に示すように、ラビリンス状係合部４９の一部に構成されていても良く、また図５（ｂ）に示すように、ラビリンス状係合部４９とは別に配置されていても構わない。また、固定方法については、インシュレータ３５又はセンサカバー３４の樹脂の一部を加熱することで固定のための所望の形状を形成する熱かしめや、シリコン等の樹脂による接着といった方法が用いられる。

さらに、インシュレータ３５には、ヒートシンク２５との固定の際に用いられる位置決め用突起である位置決めピン４５が設けられる。これは、所望の位置に回転子位置検出センサ２８を配置し、センサステータ２７とセンサロータ２６の位置精度を合せこむことで、回転子８の位置を精度良く検出することが可能である。このため、ヒートシンク２５に回転子位置検出センサ２８を固定する際には、位置決め用ピン４５をヒートシンク２５に設けられた穴に差し込み、所望の位置に回転子位置検出センサ２８が誘導されるように配置する。このとき、位置決め用ピン４５はヒートシンク２５の穴に対して、圧入または、嵌合される。なお、図１では回転子位置検出センサ２８はヒートシンク２５よりロータ側の位置に配置されているが、センサカバー３４側の位置に配置されていても構わない。

回転子位置検出センサ２８のセンサステータ２７とヒートシンク２５との固定をネジにて締結にて行う場合、ネジ軸力によりセンサステータ２７が変形し、検出精度の悪化が生じていた。これを接着固定にて行うことで、コアの形状変化による特性低下を防ぐことが出来る。また、回転子位置検出センサ２８のインシュレータ３５をヒートシンク２５にネジ締結にて行う場合、同様にネジ軸力によりインシュレータ３５が歪み、インシュレータ３５を介して巻線されるセンサコイル３９へ張力が加わり、センサコイル３９のレヤショート、断線といった問題が発生していた。これを接着樹脂４６にて固定することで、インシュレータ３５変形によるセンサコイル３９の断線を防ぐことができ、信頼性の向上を図ることが可能である。また、接着による固定によりネジ、ブッシュを廃止することができ、部品点数の削減に伴うコストと重量削減が可能となる。さらに、上記部品を削減したことで、ブラシホルダ１４やヒートシンク冷却のための風路をより大きく確保することができ、冷却性の向上にもつながる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６〜図８に基づいて説明する。なお、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図６はこの発明の実施の形態２に係る回転電機を示す側面断面図である。図７はこの発明の実施の形態２に係るレゾルバ３８を示す正面図及び側面断面図である。図８はこの発明の実施の形態２に係るセンサカバー３４を設けたレゾルバ３８を示す正面図及び側面断面図である。

この実施の形態２では、回転電機に搭載された回転子位置検出センサが、特にレゾルバ３８である場合を示している。図６に示すように、レゾルバ３８の配置位置も実施の形態１と同様に、リヤブラケット３の軸方向端面に円筒部４を設け、円筒部４内にリヤベアリング６を設け、回転軸７の後端側に取り付けたレゾルバロータ３６が円筒部４内部に位置するようにリヤベアリング６により回転軸７の後端側を支持している。レゾルバステータ３７は、その内周面がレゾルバロータ３６の外周面と対向するように、円筒部４内部に直接嵌め込まれ、ヒートシンク２５に固定された後に制御装置部２４を介してリヤブラケット３に固定される。

次に、レゾルバ３８の構成について図７、図８を用いて説明する。このレゾルバ３８のレゾルバステータ３７は、薄板状の珪素鋼板が積層され、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やナイロン（ＰＡ）等の樹脂材料から成るインシュレータ３５で覆われ、センサコイル３９と絶縁されており、レゾルバステータ３７にインシュレータ３５を介して複数回巻回され、コイル固定樹脂４１にて固定されている。また、センサコイル３９をレゾルバターミナル４０に一体状に固定し、電気的に接続する構造である。回転軸７の回転とともに回転するレゾルバロータ３６は、ギャップパーミアンスが角度に対して正弦波状に変化する突極形状から成り、回転軸７に対して、圧入若しくは接着乃至ネジ止め等の方法にて固定されている。インシュレータ３５は一部延伸された箇所に、ヒートシンク２５との固定のための樹脂溜り４３が設けられており、このインシュレータ３５の巻線部を囲むように溝が設けられている。

この実施の形態２においても、実施の形態１同様に、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料で成形されたセンサカバー３４を該当溝部に設けられたラビリンス係合部４９同士で合わせ、センサカバー３４とインシュレータ３５間やインシュレータ３５とブラシホルダ１４間における防水構造を形成する。ここで、このラビリンス状係合部４９が無い箇所については、シール材または、パッキン、オーリング等樹脂成形部品により防水が図られる。実施の形態１の図４と同様に、インシュレータ３５は、ヒートシンク２５に接着樹脂４６にて固定され、モータ部１と一体化される構成である。また、図６において、ヒートシンク２５からプーリ１９方向に対してレゾルバが配置されているが、ヒートシンク２５と同一平面や、カバー２３方向に配置されていても構わない。

レゾルバ３８においても、レゾルバステータ３７のネジ締結によるステータ変形で、ステータコアの内外径形状が変化し、外径形状は理想的には真円状であるが、楕円や三角形等にネジ締代箇所の配置と軸力に依存した形状変化でリヤブラケット３との嵌合時の組立性の低下、組み付け位置精度低下に伴う検出精度の悪化が生じていた。また、内径形状の形状変化に伴い、ロータ３６とのギャップ変化に伴う検出精度の悪化が生じていたが、これを接着固定にて行うことで、レゾルバステータ３７の形状変化による特性低下を防ぐことが可能である。また、インシュレータ３５を介してネジ締結する時に発生していたセンサコイル３９過張力によるセンサコイル３９のレヤショート、断線といった問題についても、接着樹脂４６にて固定することで、インシュレータ３５変形によるコイル断線を防ぐことができ、信頼性の向上を図ることが可能である。また、接着による固定によりネジ、ブッシュを廃止することができ、部品点数の削減に伴うコストと重量削減が可能となる。さらに、上記部品を削減したことで、ブラシホルダ１４やヒートシンク冷却のための風路をより大きく確保することができ、冷却性の向上にもつながる。

なお、上記実施の形態１及び実施の形態２にてこの発明を説明してきたが、この発明は、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、省略することが可能である。

１ モータ部、 ２ フロントブラケット、 ３ リアブラケット、 ４ リアブラケットの円筒部、 ５ フロントベアリング、 ６ リヤベアリング、 ７ 回転軸、 ８ 回転子、 ９ 界磁巻線、 １０ 固定子、 １１ 固定子巻線、 １１a 口出線、 １２ スリップリング、 １３ ブラシ、 １４ ブラシホルダ、 １５ リヤファン、１６ フロントファン、 １７ 第１接続部、 １８ 第２接続部、 １９ プーリ、 ２０ 直流交流相互変換回路、 ２１ 界磁電流スイッチング回路、 ２２ 制御基板、２３ カバー、 ２４ 制御装置部、 ２５ ヒートシンク、 ２６ センサロータ、 ２７ センサステータ、 ２８ 回転子位置検出センサ、 ２９ リードフレーム、 ３０ コネクティングボード、 ３１ ターミナル、 ３２ ナット、 ３３ ネジ、 ３４ センサカバー、 ３５ インシュレータ、 ３６ レゾルバロータ、３７ レゾルバステータ、 ３８ レゾルバ、 ３９ コイル、 ４０ レゾルバターミナル、 ４１ コイル固定樹脂、 ４３ 樹脂溜り、 ４４ スナップフィット、 ４５ 位置決め用突起、 ４６ 接着樹脂、 ４７ スリンガ、 ４９ ラビリンス状係合部。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ブラケットに回転自在に支持されている回転軸と、前記ブラケットに固定される固定子と、前記回転軸に固定される回転子と、前記ブラケットのリヤ側に固定され、パワーモジュールを搭載したヒートシンクと、前記回転子の回転位置を検出する回転子位置検出センサと、前記回転子位置検出センサから信号により前記パワーモジュールを制御する制御装置を備えた制御装置一体型回転電機において、前記回転子位置検出センサは前記ヒートシンク側にインシュレータを有するものであって、前記回転子位置検出センサは前記インシュレータを介して前記ヒートシンクに固定され、前記ヒートシンクと前記インシュレータとは接着樹脂にて固定されているとともに、前記回転子位置検出センサのカバーと前記インシュレータに、軸方向に突出している凹凸状の突起を形成し、これら凹凸状突起を互いに押し当てるラビリンス構造とすることで、内部構造を防水するようにしたものである。

この発明に係わる回転電機によれば、回転子位置検出センサの検出精度向上と部品点数を減少させ、防水性を向上させた信頼性の高い構造を有する回転電機を得ることができる。

Claims (8)

1. ブラケットに回転自在に支持されている回転軸と、前記ブラケットに固定される固定子と、前記回転軸に固定される回転子と、前記ブラケットのリヤ側に固定され、パワーモジュールを搭載したヒートシンクと、前記回転子の回転位置を検出する回転子位置検出センサと、前記回転子位置検出センサから信号により前記パワーモジュールを制御する制御装置を備えた制御装置一体型回転電機において、前記回転子位置検出センサは前記ヒートシンクに樹脂による接着乃至熱かしめにて固定されたことを特徴とする制御装置一体型回転電機。
2. 前記回転子位置検出センサは、前記インシュレータを介して前記ヒートシンクに接着乃至熱かしめにて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
3. 前記回転子位置検出センサのカバーと前記インシュレータに、軸方向に突出している凹凸状の突起を形成し、これら凹凸状突起を互いに押し当てるラビリンス構造とすることで、内部構造を防水するようにした請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。
4. 前記ヒートシンクと前記インシュレータは接着樹脂にて固定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の制御装置一体型回転電機。
5. 前記インシュレータと前記ヒートシンクとの接合部には、樹脂溜りを形成したことを特徴とする請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
6. 前記回転子位置検出センサのカバーと前記インシュレータとの固定は、スナップフィットにて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の制御装置一体型回転電機。
7. 前記インシュレータには、前記ヒートシンク側に突出する位置決め用突起が設けられ、前記ヒートシンクの係合穴と係合することで、前記インシュレータと前記ヒートシンクの位置合わせが実施されることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
8. 前記回転子位置検出センサはレゾルバにて構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。

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