JP2022152021A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転位置センサ用磁石の温度上昇による減磁、消磁、界磁巻線に起因した外乱磁束による回転位置センサの検出精度の低下を防止し、高効率かつ経済性に優れた回転電機を得る。
【解決手段】回転位置センサと、一対のスリップリングと、一対のブラシと、転がり軸受を備える回転電機であって、ブラシからスリップリングに電子を伝える方向に電力を伝達する第１のスリップリングと、スリップリングからブラシに電子を伝える方向に電力を伝達する第２のスリップリングを備え、回転子軸の軸方向に転がり軸受、第２のスリップリング、第１のスリップリング、回転位置センサの磁石の順に配置するように構成した。
【選択図】図１

Description

本願は、回転電機に関するものである。

近年、地球温暖化を背景として自動車への燃費改善要求が高まっている。同時に、自動車の幅広い地域、人への普及拡大に向けて、自動車部品の低価格化が求められている。車両電装品で消費される電力を供給し、車バッテリへの充電を行う界磁巻線式発電機においても、小型軽量化および経済性の高い構成部品を採用する必要性が高まっている。
一方、自動車１台当たりの電装品の数と消費電力は、増加傾向にあり、車両用発電機には、より発電量が大きく、効率の高い発電および駆動性能が求められている。
また、さらなる効率向上に向けて、電力変換機能およびセンシング機能を備える制御装置をモータと一体化し、エンジンのアシストまたはアイドリングストップ機能を実現する制御装置一体型の回転電機であるモータジェネレータが開発されている。

特に、モータジェネレータでは、自動車のさらなる燃費改善に向けて、従来のオルタネータが備える発電機能に加えて、エンジンの始動およびアシストを行うための電動機としての機能を備えている。この際、エンジンを始動またはアシストに要する十分な出力を得るために、回転子の回転位置、特に回転子と固定子の相対的な位置関係を高い精度で検出することが必要となる。回転子の回転位置を精度よく検出するために、検出部と被検出部から構成される回転位置センサが搭載される。また、モータジェネレータは、発電量を状況に応じて精度よく制御するために、回転子に界磁巻線を備える。この回転子の軸端には、界磁巻線へ電流を供給するスリップリング装置が搭載されており、スリップリング装置のリング状の導体部にブラシが接触した状態で回転することによって、回転子が回転した状態においても電力を界磁巻線に供給することができる。回転位置センサとスリップリング装置がそれぞれの役割を果たすために、回転位置センサの被検出部とスリップリング装置は、回転子と同期して回転する必要がある。

回転位置センサの検出精度は、回転電機の発電効率または駆動効率に直接影響し、検出精度が低下すると、効率は顕著に低下する。回転位置センサは、磁石の磁束を検出することで、回転角度を検出しているため、磁石の磁束に影響を与える可能性がある様々な要因に対する対策が必要である。
具体的な要因としては、磁石への意図しない電流の付加による磁石および磁石近傍部材に生じる外乱磁束、磁石の温度上昇による磁束密度の変化、界磁巻線への通電によって生じる磁束が鉄系合金で構成された回転子軸を通り道として磁石に伝達される界磁巻線の外乱磁束の伝達がある。特に、回転子軸にスリップリング装置とブラシを備える回転電機において、回転子軸の先端部に配置した磁石に対して近い位置にスリップリングおよびブラシのような通電部品が配置されるため、回転位置センサの検出精度を良好に保つための構成が必要となる。このような、課題に対して、回転位置の検出精度を高く保つための構造が提案されている。

例えば、特許文献１（特許第４８９３７０６号）には、スリップリングを有する回転子軸を含む回転子と、ブラシ、ブラシホルダ、スリップリングを覆うカバー部材を有するブラシ装置と、回転子軸の一端に配置された回転位置被検出部と、回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部とを備え、回転位置被検出部とスリップリングとの間に絶縁材料からなるカバー部材が配置された車両用回転電機が示されている。

このような回転電機においては、カバー部材を設けることによって、スリップリングとブラシとの擦り合わせにより生じるブラシの摩耗紛が過度に堆積して回転軸とスリップリングとの間で電気短絡が生じ、回転軸の一端に固定された位置検出装置に電流が流れて周辺に発生する磁束による回転位置検出精度の低下を防止することができる。

特許第４８９３７０６号

しかしながら、特許文献１における回転電機では、回転位置被検出部とスリップリングとの間に絶縁材料からなるカバー部材を配置し、回転軸とスリップリングとの間で電気短絡による回転位置検出精度の低下を大型化することなく防止することを可能としているももの、回転位置の検出精度を良好に保つためには、磁石が高温になって磁束密度の低下する減磁、あるいは磁束の大部分が失われる消磁による回転位置検出精度の低下を防止する必要がある。
特に、スリップリングおよびブラシを備える回転電機において、スリップリングとブラシの摺接部では、通電時にブラシとスリップリングの当接面で生じる電圧降下、ブラシとスリップリングの摩擦、ブラシとスリップリング間に生じる微小な隙間で生じることがあることが知られているプラズマ現象の影響で発熱が大きくなる。特に、プラズマ現象が生じたときにスリップリングおよびブラシの発熱が大きく、これらの部品を直近に備える回転位置検出用の磁石は、これらの熱の影響を防止することが必要である。

さらに、回転子の界磁巻線に通電されることによって発生する磁束が回転子軸を通り道として回転位置検出装置に外乱磁束として重畳し、回転位置精度を低下させることが懸念される。この影響が大きい場合においては、回転子軸の端部から回転位置検出装置の磁石へ外乱となる磁束が伝達されないような構成が必要となる。

本願は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、スリップリングおよびブラシで生じる熱、界磁巻線への通電に起因した外乱磁束、回転位置センサが本来検出するはずの回転位置センサの磁石から放出される磁束に意図しない変化を与え、あるいは外乱磁束が重畳することによって、回転位置センサの位置検出精度が低下するのを防止し、高効率かつ経済性に優れた回転電機を提供することを目的とする。

本願に開示された回転電機は、ブラケットに転がり軸受を介して回転可能に支持された回転子軸と、前記回転子軸に固定された界磁鉄心および界磁巻線を有する回転子と、前記回転子軸に絶縁樹脂部を介して取り付けられ、前記回転子の界磁巻線に接続された一対のスリップリングと、前記スリップリングに対向して摺動可能に配置され、前記回転子の界磁巻線に電力を供給する一対のブラシと、前記回転子軸の端部に取り付けられ、前記回転子の回転位置を検知するための回転位置センサの磁石と、を備えた回転電機であって、前記一対のスリップリングは、前記ブラシから前記スリップリングに電子を放出する方向に電力を伝達する第１のスリップリングと、前記スリップリングから前記ブラシに電子を放出する方向に電力を伝達する第２のスリップリングとからなり、前記回転子軸の軸方向に前記転がり軸受、前記第２のスリップリング、前記第１のスリップリング、前記回転位置センサの磁石の順に配置されていることを特徴とするものである。

本願による回転電機によれば、プラズマ現象が生じることが知られているスリップリングからブラシに電子を放出する方向に電力を伝達する第２のスリップリングと回転位置センサ用の磁石を離間して配置することが可能となるため、第２のスリップリングで生じた熱が磁石に伝わって、減磁または消磁が生じるキュリー温度付近に磁石の温度を上昇させることを防止することができる。

実施の形態１に係る回転電機の全体構成を一部断面で示す概要図である。 実施の形態１に係る要部構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る回転電機の要部構成を示す断面図である。 図３におけるＡ－Ａ線に沿った断面を示す概要図である。 実施の形態３に係る回転電機の要部構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る回転電機における冷却作用を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１に係る回転電機について図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１に係る回転電機の全体構成を一部断面で示す概要図である。
ここで説明する回転電機は、モータジェネレータを示しているが、発電機と電動機の機能を備える他の車両用回転電機に適用することが可能である。

図において、回転電機２００は、ハウジングを構成するフロントブラケット１およびリヤブラケット２と、フロントブラケット１に固定された転がり軸受１１およびリヤブラケット２に固定された転がり軸受２１を介して回転可能に支持された回転子軸３と、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に挟持されて固定され、固定子鉄心４１および電機子巻線４２を有する固定子４と、回転子軸３に取り付けられ、固定子４に対向して配置された界磁鉄心５１、界磁巻線５２および冷却ファン５３を有する回転子５と、回転子軸３のフロント側の端部に固定されたプーリ３１と、を備えて構成されている。このプーリ３１には、ベルトが掛けられ、エンジンの回転軸（いずれも図示せず）に連結される。

なお、以下の説明において、回転子軸３の軸方向の中心部からみて、フロントブラケット１が設置されている側をフロント側、リヤブラケット２が設置されている側をリヤ側と称する。また、フロントブラケット１とリヤブラケット２は、軽量化と生産性の観点からアルミダイカスト成形により製作されている。

また、回転電機２００は、回転子軸３のリヤ側に装着された環状の導電性金属からなる第１のスリップリング３２および第２のスリップリング３３と、ブラシホルダ６３により支持され、スプリング６４によってスリップリング３２、３３に押圧される第１のブラシ６１および第２のブラシ６２とを備えている。後述する界磁電流は、一対のブラシ６１，６２と一対のスリップリング３２，３３を介して界磁巻線５２に供給される。

さらに、回転電機２００は、リヤブラケット２の軸方向外側に、外部の直流電源としての車載バッテリ（図示せず）からの直流電力を交流電力に変換し、または電機子巻線４２からの交流電力を直流電力に変換する電力変換装置を備えている。この電力変換装置は、２組の３相交流回路が構成されたパワー回路部と、回転子５の界磁巻線５２に界磁電流を供給する界磁回路部と、パワー回路部及び界磁回路部を制御する制御回路部９を備えている。
ここで、電力変換装置は、パワー回路部と、界磁回路部と、制御回路部９と、各回路を電気的に接続した接続部材（図示せず）と、リヤブラケット２に取り付けられ、これらの部材を収納する制御回路部筐体７とから構成されている。
このような回転電機２００は、リヤブラケット２の軸方向外側端部に制御装置を搭載した、いわゆる制御装置一体型回転電機である。

なお、回転電機の電機子巻線４２は、例えば位相が３０度ずれた２組の３相電機子巻線により構成されており、これらの３相電機子巻線は、３相電力変換回路を２組備えたパワー回路部により、それぞれ独立して制御されるように構成されている。

また、Ｙ結線された３相の電機子巻線４２の各相の端子は、パワー回路部における６個のパワー半導体素子により構成された電力変換回路の交流側端子に接続され、電力変換回路の直流側端子は、車載バッテリと平滑コンデンサに接続されている。界磁回路部は、２個の半導体素子を介して車載バッテリに接続されている。

ここで、回転電機２００を電動機として動作させるときは、パワー回路部の電力変換回路がインバータとして動作するように、制御回路部９によりパワー半導体素子がスイッチング制御される。これにより、車載バッテリからの直流電力は、電力変換回路により交流電力に変換されて電機子巻線４２に供給され、電機子巻線４２は、回転磁界を発生して界磁巻線５２が発生する直流磁束と協働して、回転子５を回転させる。このとき、界磁巻線５２に流れる界磁電流は、制御回路部９による半導体素子のスイッチング制御により必要に応じて調節される。

一方、回転電機２００を発電機として動作させるときは、パワー回路部の電力変換回路がコンバータとして動作するように、制御回路部９によりパワー半導体素子がスイッチング制御される。これにより、回転している回転子５における界磁巻線５２の直流磁界により電機子巻線４２に発生した交流電力は、電力変換回路により直流電力に変換されて車載バッテリに供給される。このとき、界磁巻線５２に流れる界磁電流は、制御回路部９による半導体素子のスイッチング制御により必要に応じて調節される。

制御回路部９は、図に示すように、制御回路基板９１と制御回路基板９１を収納するための樹脂製のケース（図示せず）を備え、このケースは、制御回路基板９１への塩、泥水の浸入を防ぐために、防水カバー（図示せず）などにより密封された防水構造を有している。界磁回路部を構成する半導体素子は、制御回路基板９１と同一基板上に実装される。 このように界磁回路部を制御回路基板９１に搭載することによって、別に構成する場合に対して電力変換装置を省スペースとすることができる。

また、モータジェネレータでは、内部に発電電流の整流機能およびインバータなどの電力変換機能を併せ持つパワー回路部を備え、このパワー回路部を構成するパワー半導体素子は、ＭＯＳ－ＦＥＴなどのスイッチング可能なパワー半導体素子により構成される。

さらに、界磁巻線５２に電力を供給する一対のブラシ６１，６２は、通電可能な黒鉛を主成分とする部材から形成されており、回転子軸３に取付けられた一対のスリップリング３２，３３の回転によってブラシ６１，６２の先端部が当接して摺動し、ブラシ６１，６２からスリップリング３２，３３に相互に電力を伝達するように構成されている。

また、回転子軸３の電力変換装置側の端部に回転位置センサの信号被検出部８が設けられており、この信号被検出部８に対向する制御回路基板９１の位置に回転位置センサ検出部９２を構成する回転位置検出用の素子が取り付けられている。

次に、実施の形態１に係る回転子軸３の端部近傍の構成について拡大して示す図２を用いて詳細に説明する。
図において、リヤブラケット２側に取り付けられた転がり軸受２１から制御回路部筐体７側に突出された回転子軸３の外周には絶縁樹脂部３４が設けられており、この絶縁樹脂部３４の外周面に環状の第１のスリップリング３２と、第２のスリップリング３３が離間して取り付けられている。また、絶縁樹脂部３４の内部には第１のスリップリング３２および第２のスリップリング３３と界磁巻線５２とを接続するリード部材（図示せず）が設けられている。さらに、回転子軸３の先端には信号被検出部８を構成する磁石８２が非磁性金属部材の磁石ホルダ８１を介して取り付けられている。

ここで、回転子軸３の制御回路部９方向に転がり軸受２１、スリップリングからブラシに電子を放出する方向に電力を伝達する第２のスリップリング３３、ブラシからスリップリングに電子を放出する方向に電力を伝達する第１のスリップリング３２、回転位置センサの信号被検出部８を構成する磁石８２の順に配置されている。

ところで、転がり軸受は、回転軸に当接した際に回転軸の軸方向に直交する方向の隙間であるラジアル隙間を内部に有している。このラジアル隙間は、転がり軸受が動作するために必要な隙間である。この転がり軸受は、すべり軸受など他の方式の軸受けよりも経済性に優れるため、経済性に優れた回転電機には不可欠な部材である。
しかしながら、転がり軸受２１で支持された回転子軸３にプーリ３１を介してベルトで動力を伝達する構成の回転電機２００では、ベルトの張力によって転がり軸受２１にラジアル隙間分の位置ずれが生じ、回転子軸３に微小な傾きが生じて、スリップリング３２，３３が偏芯するという問題がある。このため、スリップリング３２，３３とブラシ６１，６２の当接部において微小な隙間が生じ、プラズマ現象を発生することが判っている。

このプラズマ現象は、非常に大きな発熱を伴うため、ブラシ６１，６２とスリップリング３２，３３の当接部近傍が高温になり、ごく近傍に設けられた回転位置センサの磁石８２の温度が上昇し、磁石の減磁または消磁を生じるキュリー温度に達すると、回転センサの検出部が検知する磁束量が変化し、回転位置検出精度が低下することになる。
すなわち、回転子軸３の先端部付近に回転位置センサ用の磁石８２と、スリップリング３２，３３およびブラシ６１，６２を備えるベルト駆動式の回転電機２００においては、経済性に優れた転がり軸受２１を採用するために、磁石８２の温度上昇に対する課題を解決する必要がある。

ここで、プラズマの発生する状況を詳細に説明する。
スリップリング３２，３３は、導電性の金属部材で構成されており、電気抵抗が小さく耐摩耗性および摩擦係数を小さくすることが可能で長寿命とすることができる銅合金もしくはアルミニウム合金もしくは鉄合金が採用されている。一方、ブラシ６１，６２は、黒鉛を主成分として構成されている。
したがって、転がり軸受２１に近い第２のスリップリング３３側（負極側）では、電離エネルギーが小さい合金材料のスリップリングからブラシへ電子を放出する方向に電力が供給されるため、銅原子の電子が容易に分離して第２のブラシ６２へ流れる。この際、ブラシ６２とスリップリング３３との間に微小な隙間が存在すると、電子が大気中に放出され、プラズマ現象が生じる。
一方、第１のスリップリング３２側（正極側）では、電離エネルギーが比較的大きい黒鉛を主成分とするブラシ側からスリップリングが電子を受け取る方向に電力が供給されるため、第１のスリップリング３２を構成する合金材料から電離した電子が大気中に放出するには至らず、プラズマ現象が生じない。

このため、回転位置センサ用の磁石８２と第２のスリップリング３３は、離間させた方が望ましいことを発明者は見出した。すなわち、回転位置センサ用の磁石８２と第２のスリップリング３３との間に第１のスリップリング３２を配置することによって、回転位置センサ用の磁石８２と第２のスリップリング３３を離間することが可能となる。この結果、回転位置センサ用の磁石８２の温度が消磁または減磁が生じる温度に到達するのを防止することが可能となり、磁束密度の変化を防止して回転位置検出の精度低下を回避することができる。
したがって、経済性に優れた転がり軸受２１を採用することが可能となり、高効率な回転電機２００を得ることができる。また、回転電機２００が高い雰囲気温度中で使用される場合でも、回転位置センサの検出精度が低下せず、効率の高い動作を実現することができる。さらに、スリップリング３２，３３とブラシ６１，６２の長寿命化を実現することができ、これに伴う小型化、薄肉化を可能とし、使用する材料の低減による経済性の向上、環境負荷の低減、小型軽量化による効率のさらなる向上効果を得ることができる。

また、従来の回転電機では、スリップリング装置の中に、転がり軸受と転がり軸受側のスリップリングの間に界磁電流の変動を低減するためのフィルタ回路などを配置することが知られているが、本願による回転電機２００では、転がり軸受２１と、転がり軸受２１側に配置する第２のスリップリング３３との間にフィルタ回路を設置せず、転がり軸受２１と第２のスリップリング３３を連続して配置しており、転がり軸受２１から第２のスリップリング３３までの距離を最小限にすることができ、この結果、第２のスリップリング３３とブラシ６２との間に生じる隙間を最小限にすることができる。

これは、ベルトの張力によって転がり軸受を起点に微小な傾きが回転子軸３に生じた場合でも、第２のスリップリング３３と転がり軸受２１との軸方向の距離が小さければ小さいだけ、ブラシ６２とスリップリング３３表面に生じる隙間が小さくなるためである。
この隙間を最小限とすることによって、第２のスリップリング３３で生じるプラズマ現象の発生頻度または発生時間を低減することができ、単位時間当たりに第２のスリップリング３３で生じる発熱を低減できる。この際、スリップリング３２，３３を支持する絶縁樹脂部３４およびスリップリング３２，３３に接続された電力供給用のターミナル（図示せず）は、第２のスリップリング３３と転がり軸受２１との距離を増大する原因にならず、また、絶縁樹脂部３４は各部材を保持するために不可避な構成であるため、転がり軸受側とスリップリングが連続して配置されていることを否定するものではない。

なお、磁石には、Ｎｄを含むネオジム磁石もしくはＳｍＣｏを含むサマリウムコバルト磁石もしくは鉄系のフェライト磁石があるが、上述の構成により、回転位置センサの磁石８２の温度が高温になることを防止できるため、熱に弱いネオジム磁石を採用することが可能となる。また、近年磁石技術の進歩により、様々な消磁、減磁温度を向上させる手法がある。しかしながら、これらの手法は、磁石を制作する際に様々な特殊な処理が必要になるため、付加価値が高く磁石コストの増大につながるが、上述のような構成とすることによって磁石コストの増大を回避し、磁力が非常に強い一方で減磁、消磁温度が低く、減磁または消磁が生じ易いネオジム磁石を適用することが可能となり、回転電機の効率向上を図ることが可能となる。

また、回転位置センサの磁石８２を非磁性金属部材の磁石ホルダ８１に固定し、磁石ホルダ８１を回転子軸３に固定しているため、第１のスリップリング３２の磁石８２側の面には、第１のスリップリング３２の磁石側の面を覆う絶縁材からなる絶縁樹脂部３４の端面と、回転位置センサの磁石８２を保持する非磁性金属部材の磁石ホルダ８１との間にクリアランスを有し、クリアランスの部分に回転子軸３が一部露出している。これによりスリップリング３２，３３で生じた熱が回転位置センサの磁石８２へ伝達される熱の伝熱断面積を大きく低減することができる。

さらに、スリップリング３２，３３から回転位置センサの磁石８２へ伝達される熱は、スリップリング３２，３３から回転子軸３に伝わり、回転子軸３および磁石ホルダ８１を通して磁石８２へ到達した熱のみとなる。この伝熱経路の熱抵抗は、熱伝導率が低い樹脂部材または複数の材料部材の境界面を通過するため大きくなる。
この結果、スリップリング３２，３３で生じた熱の内、回転位置センサの磁石８２へ伝導される熱の割合が大きく低下し、スリップリング３２，３３から他の構成部材および外気へ放出される熱の割合が大きくなる。これは、スリップリング３２，３３から磁石８２へ熱伝導される熱量が、熱伝導経路の熱抵抗に反比例するという、基本的な伝熱工学に基づく現象である。この構成により、上述した回転電機２００の発電駆動効率の向上、経済性の向上をさらに高める効果がある。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る回転電機の要部構成を示す図３に基づいて説明する。
図において、回転位置センサの磁石８２は、非磁性材料で構成された磁石ホルダ８１に固定されており、この磁石ホルダ８１は、非磁性材料で構成されたブッシュ８３に締め代をもって圧入固定されている。また、このブッシュ８３は、スリップリング３２，３３を固定する絶縁樹脂部３４と一体成型により制作され、絶縁樹脂部３４を介して回転子軸３に固定されている。

また、図３におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である図４に示すように、磁石ホルダ８１のブッシュ８３との圧入面の内壁に、回転子軸３の長手方向に形成した溝状の凹み８４を設けており、この凹み８４は、凹み８４の溝長手方向が回転子軸３の軸方向と略平行となるように形成されている。
その他の構成は、実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。

以上のように絶縁樹脂部３４と磁石ホルダ８１との間にブッシュ８３を介在させることによって、プラズマ現象が生じる第２のスリップリング３３と磁石８２との距離をさらに大きくすることが可能となる。また、ブッシュ８３が絶縁樹脂部３４と磁石ホルダ８１との間に配置されることによって、異なる部品同士の境界面が増え、境界面に発生する接触熱抵抗が生じる場所が２か所に増える。このため、スリップリング３２，３３で生じた熱が回転位置センサの磁石８２へ伝達することをさらに低減させることができる。加えて、磁石ホルダ８１とブッシュ８３により、回転子軸３端と磁石８２の距離が離れ、界磁巻線５２から回転子軸３を通って放出される外乱磁束が、回転位置センサの磁石８２の磁束に重畳し、回転位置センサの検出精度を低下させる欠陥を防止することができる。

さらに、回転子軸３とブッシュ８３、ブッシュ８３と磁石ホルダ８１がそれぞれ当接されおり、磁石ホルダ８１、ブッシュ８３を樹脂に比べると熱容量が大きい、銅合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼のいずれかで構成することによって、スリップリング３２，３３で急激な発熱が生じたときに、ブッシュ８３がヒートマスとなって磁石８２の急激な温度上昇を防止することができる。また、磁石ホルダ８１を銅合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼のいずれかで構成することにより、ブッシュ８３および磁石ホルダ８１の熱容量が大きくなり、磁石８２の温度変動を抑制でき、検出精度の変動を回避することができる。さらに、スリップリング３２，３３に大きな電力が供給される、高出力な回転電機の動作を行う際に、磁石８２の温度上昇を緩やかにすることができる。この結果、高出力な回転電機の動作状態をより長い時間の連続的な動作が可能となり、回転電機の高出力化を実現することができる。または、このような動作が生じた際に、磁石８２が消磁あるいは減磁する温度に達することがないため、回転電機の出力の低下を回避することができる。

また、磁石ホルダ８１のブッシュ８３との圧入面の内壁に溝状の凹み８４を設けることによって、磁石ホルダ８１とブッシュ８３との嵌合部の接触面積が低下し、スリップリング３２，３３の熱がブッシュ８３を通って磁石ホルダ８１に伝達する際、熱抵抗が大きくなるため、磁石８２への熱伝達が小さくなり、磁石８２の温度上昇が低減されることになる。さらに、磁石ホルダ８１とブッシュ８３が締め代をもって固定される際に、磁石ホルダ８１をブッシュ８３の露出部側から圧入することが可能となる。これは、磁石ホルダ８１に形成した凹み８４が、圧入時に磁石ホルダ８１とブッシュ８３の先端との間に拘束される空気の抜け道になるように作用し、圧入により圧縮された空気の圧力で磁石ホルダ８１が外れるのを防止することができるためである。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る回転電機について要部断面を示す図５に基づいて説明する。
実施の形態３に係る回転電機２００においては、スリップリング３２，３３を保持する絶縁樹脂部３４から露出したブッシュ８５に外周に突出した環状の突起８５ａを少なくとも１か所設けたものである。その他の構成は実施の形態２と同様である。

このように外気に露出している部分に突起８５aを形成することによって、外気に対する露出面積が増加し、スリップリング３２，３３で生じた熱が磁石８２に伝達される欠陥を防止することができる。また、突起８５ａは、回転子軸３の回転と同期して回転されるため、雰囲気に対して高速に移動し、回転子軸３の熱を積極的に外気へ放出する効果が得られる。

特に、回転子５に冷却ファン５３を設けているため、この冷却ファン５３の回転による冷却風が点線で示すように効率よく流れ、回転位置センサの磁石８２、スリップリング３２，３３、転がり軸受２１の順に冷却されることになる。したがって、スリップリング３２，３３で発生したプラズマ現象による熱、通電による熱、摩擦による熱、回転子５の界磁鉄心５１および界磁巻線５２で生じる磁束、通電による熱を受けて熱せられた高温の雰囲気が回転位置センサの磁石８２側に移動しなくなり、回転位置センサの磁石８２の温度上昇を防止することができる。

この結果、磁石８２の減磁または消磁を回避することができ、回転位置センサの磁石８２から放出される磁束に変化を与えることによって生じる回転位置センサの位置検出精度の低下を防止し、回転位置センサの検出精度を高く保つことが可能となり、高効率かつ経済性に優れた回転電機を得ることが可能となる。

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：フロントブラケット、 １１：転がり軸受、 ２：リヤブラケット、
２１：転がり軸受、 ３：回転子軸、 ３１：プーリ、３２：第１のスリップリング、
３３：第２のスリップリング、 ３４：絶縁樹脂部、４：固定子、 ５：回転子、
５１：界磁鉄心、 ５２：界磁巻線、５３：冷却ファン、 ６１：第１のブラシ、
６２：第２のブラシ、 ７：制御回路部筐体、８：信号被検出部、 ８１：磁石ホルダ、
８２：磁石、 ８３：ブッシュ、８４：凹み、 ８５：ブッシュ、 ８５ａ：突起、
２００：回転電機

本願に開示された回転電機は、ブラケットに転がり軸受を介して回転可能に支持された回転子軸と、前記回転子軸に固定された界磁鉄心および界磁巻線を有する回転子と、前記回転子軸に絶縁樹脂部を介して取り付けられ、前記回転子の界磁巻線に接続された一対のスリップリングと、前記スリップリングに対向して摺動可能に配置され、前記回転子の界磁巻線に電力を供給する一対のブラシと、前記回転子軸の端部における前記絶縁樹脂部に一体成型された非磁性材料からなるブッシュと、前記ブッシュに締め代をもって固定された非磁性材料からなる磁石ホルダと、前記磁石ホルダに固定され、前記回転子の回転位置を検知するための回転位置センサの磁石とを備え、前記一対のスリップリングは、前記ブラシから前記スリップリングに電子を放出する方向に電力を伝達する第１のスリップリングと、前記スリップリングから前記ブラシに電子を放出する方向に電力を伝達する第２のスリップリングとからなり、前記回転子軸の軸方向に前記転がり軸受、前記第２のスリップリング、前記第１のスリップリング、前記回転位置センサの磁石の順に配置されていることを特徴とするものである。

特に、回転子５に冷却ファン５３を設けているため、この冷却ファン５３の回転による冷却風が図６に点線で示すように効率よく流れ、回転位置センサの磁石８２、スリップリング３２，３３、転がり軸受２１の順に冷却されることになる。したがって、スリップリング３２，３３で発生したプラズマ現象による熱、通電による熱、摩擦による熱、回転子５の界磁鉄心５１および界磁巻線５２で生じる磁束、通電による熱を受けて熱せられた高温の雰囲気が回転位置センサの磁石８２側に移動しなくなり、回転位置センサの磁石８２の温度上昇を防止することができる。

Claims (9)

1. ブラケットに転がり軸受を介して回転可能に支持された回転子軸と、前記回転子軸に固定された界磁鉄心および界磁巻線を有する回転子と、前記回転子軸に絶縁樹脂部を介して取り付けられ、前記回転子の界磁巻線に接続された一対のスリップリングと、前記スリップリングに対向して摺動可能に配置され、前記回転子の界磁巻線に電力を供給する一対のブラシと、前記回転子軸の端部に取り付けられ、前記回転子の回転位置を検知するための回転位置センサの磁石と、を備えた回転電機であって、
   前記一対のスリップリングは、前記ブラシから前記スリップリングに電子を放出する方向に電力を伝達する第１のスリップリングと、前記スリップリングから前記ブラシに電子を放出する方向に電力を伝達する第２のスリップリングとからなり、
   前記回転子軸の軸方向に前記転がり軸受、前記第２のスリップリング、前記第１のスリップリング、前記回転位置センサの磁石の順に配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記スリップリングをブラシよりも電離エネルギーの高い金属材料または前記ブラシよりも電離エネルギーが高い金属を主成分とした合金で構成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機
3. 前記回転子軸を支持する前記転がり軸受を２個配置するとともに、前記回転子軸のフロント側端部にプーリを設け、前記プーリから第１の転がり軸受、第２の転がり軸受、前記第２のスリップリング、前記第１のスリップリング、前記回転位置センサの磁石の順に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記回転位置センサの磁石は、非磁性材料で構成された磁石ホルダに固定され、前記磁石ホルダを非磁性材料で構成されたブッシュを介して前記回転子軸に取付けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記ブッシュは、前記絶縁樹脂部に一体成型されており、前記磁石ホルダを締め代をもって固定していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記磁石ホルダおよび前記ブッシュは、銅またはアルミ系金属からなる非磁性材料で構成されており、前記回転子軸と前記ブッシュ、前記ブッシュと前記磁石ホルダが当接されていることを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機。
7. 前記磁石ホルダは、前記ブッシュに圧入されており、その圧入部内周壁に前記回転子軸の軸方向の凹みを有していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
8. 前記ブッシュは、前記絶縁樹脂部から露出した少なくとも１か所外周に突出した環状の突起を有することを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の回転電機
9. 前記回転子は、冷却ファンを備え、前記冷却ファンの回転に伴って前記回転位置センサの磁石から前記スリップリング側へ冷却風が流れるように構成したことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の回転電機。

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