JP4341402B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転子の磁極位置検出手段を具備した回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor magnetic pole position detecting means.
従来の回転電機は、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されているように、磁極位置検出手段としてレゾルバやエンコーダを用いている。また、従来の回転電機は、例えば特許文献3に記載されているように、磁極位置検出手段として、N極とS極とが或いはN極と中立とが若しくはS極と中立とが周方向に交互になるように、回転子の軸方向一方側の端部に設けられた永久磁石、及び永久磁石と対向する部位に設けられたホール素子から構成されたものを用いるものもある。
A conventional rotating electrical machine uses a resolver and an encoder as magnetic pole position detection means as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example. In addition, as described in
最近、ルンデル型回転子を有する回転電機を自動車に搭載して交流同期電動機として用いることが検討されている。この場合、その回転電機はインバータ装置によって駆動されるので、回転子の磁極位置を検出する必要がある。しかし、ルンデル型回転子を有する回転電機はこれまで自動車に搭載されて発電機として用いられており、回転子の磁極位置の検出を必要としていなかった。このため、その回転電機にはそもそも磁極位置検出手段が具備されていなかった。このようなことから、ルンデル型回転子を有する回転電機を自動車に搭載して交流同期電動機として用いる場合には、その回転電機に新たに磁極位置検出手段を付加する必要がある。 Recently, it has been studied to mount a rotating electric machine having a Rundel type rotor on an automobile and use it as an AC synchronous motor. In this case, since the rotating electrical machine is driven by the inverter device, it is necessary to detect the magnetic pole position of the rotor. However, a rotating electrical machine having a Rundel type rotor has been mounted on an automobile and used as a generator so far, and has not required detection of the magnetic pole position of the rotor. For this reason, the rotating electrical machine was not provided with a magnetic pole position detection means in the first place. For this reason, when a rotating electrical machine having a Rundel type rotor is mounted on an automobile and used as an AC synchronous motor, it is necessary to newly add a magnetic pole position detecting means to the rotating electrical machine.
磁極位置検出手段としては、特許文献1−3のいずれかに記載されたものを用いることが考えられる。特許文献1に記載のレゾルバ或いは特許文献2に記載のエンコーダは回転軸の端部に設けられている。しかし、ルンデル型回転子を有する回転電機では、プーリー或いは他機器との連結部が回転軸の一方端に設けられ、回転子巻線に供給される励磁電流の供給を、ブラシを介して受けるスリップリングが回転軸の他方端に設けられる構造になっている。このため、その回転電機にレゾルバ或いはエンコーダを装着する場合、回転軸をさらに長くしなければならない。これにより、回転電機の軸方向の長さが大きくなるので、回転電機が大型化し、回転電機が高価になる。また、レゾルバ,エンコーダ自身も高価であるので、回転電機がさらに高価になる。 As the magnetic pole position detection means, it is conceivable to use one described in any of Patent Documents 1-3. The resolver described in Patent Document 1 or the encoder described in Patent Document 2 is provided at the end of the rotating shaft. However, in a rotating electrical machine having a Rundel-type rotor, a connecting portion with a pulley or other equipment is provided at one end of the rotating shaft, and slip that receives supply of excitation current supplied to the rotor winding via a brush A ring is provided at the other end of the rotating shaft. For this reason, when a resolver or an encoder is attached to the rotating electrical machine, the rotating shaft must be further lengthened. Thereby, since the axial length of the rotating electrical machine is increased, the rotating electrical machine is increased in size and the rotating electrical machine becomes expensive. Further, since the resolver and the encoder themselves are also expensive, the rotating electric machine is further expensive.
一方、特許文献3に記載の磁極位置検出手段は、それを構成する永久磁石が回転子鉄心の軸方向一方側の側端部に設けられている。しかし、ルンデル型回転子を有する回転電機では、回転子鉄心の軸方向一方側の端部とフロントブラケットとの間の空間幅及び回転子鉄心の軸方向他方側の端部とリアプレートとの間の空間幅が狭く、回転子鉄心の軸方向の端部に永久磁石を取り付ける場合には、回転子鉄心の軸方向一方側の端部とフロントブラケットとの間の空間幅及び回転子鉄心の軸方向他方側の端部とリアプレートとの間の空間幅をこれまでのものより大きくとる必要がある。また、ルンデル型回転子を有する回転電機では、その内部を外気で冷却する場合、回転子鉄心の軸方向両側端部には、外気を循環するためのファンが設けられる。このため、その回転電機では、回転子鉄心の軸方向一方側の側端部に、磁極位置検出用の永久磁石が設け難い。
On the other hand, in the magnetic pole position detection means described in
本発明は、レゾルバやエンコーダなどの既製の磁極位置検出手段よりも安価な磁極位置検出手段を、ルンデル型回転子の構造を大きく変えることなく、しかも回転電機の体格を大型化させることなく設けた回転電機を提供する。 The present invention is provided with magnetic pole position detection means that is less expensive than off-the-shelf magnetic pole position detection means such as a resolver and an encoder without greatly changing the structure of the Rundel type rotor and without increasing the size of the rotating electrical machine. Provide rotating electrical machines.
上記回転電機を得るために、本発明は、ルンデル型回転子の構造の一部分、しかも既存の構造や設計寸法に影響し難い部分を利用して、そこに回転子の磁極位置検出用の被検出体を構成する磁気部材を設けると共に、磁気部材の磁気を検出するための手段を磁気部材と対向する部位に設けたことを特徴とする。具体的には、回転軸上にスリップリングを保持する保持部材の外周に磁気部材を設けると共に、磁気部材の磁気を検出するための手段を磁気部材との対向部位に設けることを特徴とする。或いは、回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の爪形磁極の磁極間に、鉄心の軸方向一方側端部よりも軸方向外側に突出する磁気部材を設けると共に、磁気部材の磁気を検出するための手段を磁気部材との対向部位に設けることを特徴とする。若しくは、回転軸上の一部分でありかつ鉄心に対してスリップリングの側とは反対側の部位に設けた円板の外周に磁気部材を設けると共に、磁気部材の磁気を検出するための手段を磁気部材との対向部位に設けることを特徴とする。 In order to obtain the above rotating electric machine, the present invention uses a part of the structure of the Rundel type rotor and a part that does not easily affect the existing structure and design dimensions, and detects the magnetic pole position of the rotor there. A magnetic member constituting the body is provided, and a means for detecting magnetism of the magnetic member is provided at a portion facing the magnetic member. Specifically, a magnetic member is provided on the outer periphery of the holding member that holds the slip ring on the rotation shaft, and means for detecting the magnetism of the magnetic member is provided at a portion facing the magnetic member. Alternatively, between the magnetic poles of the plurality of claw-shaped magnetic poles arranged so that the polarities are alternately different in the rotation direction, a magnetic member that protrudes outward in the axial direction from the one axial end of the iron core is provided. Means for detecting magnetism is provided at a portion facing the magnetic member. Alternatively, a magnetic member is provided on the outer periphery of a disc provided on a part of the rotating shaft and on the opposite side of the slip ring from the iron core, and means for detecting the magnetism of the magnetic member is provided as a magnet. It is provided at a portion facing the member.
本発明によれば、ルンデル型回転子の磁極位置検出手段を磁気部材と磁気検出手段との組み合わせによって構成し、それぞれ上記のように設けるので、既存の回転電機の構造や設計寸法を変えることなく、磁気部材と磁気検出手段を上記の部位に追加するだけで、簡易に磁極位置検出手段を回転電機に設けることができる。しかも、本発明によれば、ルンデル型回転子の磁極位置検出手段を磁気部材と磁気検出手段との組み合わせによって構成しているので、磁気部材と磁気検出手段のそれぞれを安価な部材や安価な電子部品を用いて構成することができる。 According to the present invention, the magnetic pole position detection means of the Rundel type rotor is constituted by the combination of the magnetic member and the magnetic detection means, and is provided as described above, so that the structure and design dimensions of the existing rotating electrical machine are not changed. By simply adding the magnetic member and the magnetic detection means to the above part, the magnetic pole position detection means can be easily provided in the rotating electrical machine. In addition, according to the present invention, the magnetic pole position detection means of the Rundel type rotor is constituted by a combination of a magnetic member and a magnetic detection means, so that each of the magnetic member and the magnetic detection means is an inexpensive member or an inexpensive electronic device. It can be configured using parts.
以上説明した本発明によれば、既存の回転電機の構造や設計寸法を変えることなく、磁気部材と磁気検出手段を上記の部位に追加するだけで、簡易に磁極位置検出手段を回転電機に設けることができるので、ルンデル型回転子の構造を大きく変えることなく、しかも回転電機の体格を大型化させることなく磁極位置検出手段を回転電機に設けることができると共に、磁気部材と磁気検出手段のそれぞれを安価な部材や安価な電子部品を用いて構成することができるので、レゾルバやエンコーダなどの既製の磁極位置検出手段よりも安価な磁極位置検出手段を回転電機に設けることができる。従って、本発明によれば、磁極位置検出手段を備えた、ルンデル型回転子を有する回転電機を小型かつ低価格で提供することができる。 According to the present invention described above, the magnetic pole position detecting means can be easily provided in the rotating electrical machine by simply adding the magnetic member and the magnetic detecting means to the above-mentioned part without changing the structure and design dimensions of the existing rotating electrical machine. Therefore, the magnetic pole position detecting means can be provided in the rotating electric machine without greatly changing the structure of the Rundel-type rotor and without increasing the size of the rotating electric machine, and each of the magnetic member and the magnetic detecting means. Can be constructed using inexpensive members and inexpensive electronic components, and therefore, the rotary electric machine can be provided with a magnetic pole position detection means that is less expensive than a ready-made magnetic pole position detection means such as a resolver or an encoder. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a rotating electrical machine having a Rundel type rotor having a magnetic pole position detecting means at a small size and at a low price.
本発明の代表的な最良の実施形態を以下に列挙する。 Representative best embodiments of the present invention are listed below.
固定子と、これに空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、回転子は、軸受によって回転可能に支持された回転軸と、この上に設けられた鉄心と、保持部材によって回転軸上に保持されたスリップリングとを備えており、鉄心は、回転子の回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の爪形磁極を備えており、スリップリングは、回転子の鉄心に装着された巻線に電気的に接続されたものであり、かつ巻線に供給される励磁電流をブラシから受けるものであり、保持部材の外周には、回転子の磁極位置検出用の被検出体を構成する磁気部材が設けられており、磁気部材と対向する部位には、前記磁気部材の磁気を検出するための検出手段が設けられている回転電機。 The rotor includes a stator and a rotor rotatably provided through a gap. The rotor includes a rotating shaft rotatably supported by a bearing, an iron core provided thereon, and a holding member. The iron core has a plurality of claw-shaped magnetic poles arranged so that the polarities are alternately different in the rotation direction of the rotor, and the slip ring is rotated. It is electrically connected to the windings mounted on the iron core of the child and receives the excitation current supplied to the windings from the brush. The magnetic pole position of the rotor is detected on the outer periphery of the holding member. A rotating electrical machine in which a magnetic member that constitutes an object to be detected is provided, and a detection means for detecting magnetism of the magnetic member is provided at a portion facing the magnetic member.
固定子と、これに空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、回転子は、軸受によって回転可能に支持された回転軸と、この上に設けられた鉄心とを備えており、鉄心は、回転子の回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の爪形磁極と、回転子の磁極位置検出用の被検出体を構成する磁気部材とを備えており、磁気部材は、爪形磁極間に保持されたものであり、かつ端部の一方側が鉄心の軸方向端部の一方側から軸方向外側に突出したものであり、磁気部材の突端と対向する部位には、磁気部材の磁気を検出するための手段が設けられている回転電機。 The rotor includes a stator and a rotor that is rotatably provided through a gap. The rotor includes a rotating shaft that is rotatably supported by a bearing, and an iron core provided thereon. The iron core includes a plurality of claw-shaped magnetic poles arranged so that the polarities are alternately different in the rotation direction of the rotor, and a magnetic member that constitutes a detection object for detecting the magnetic pole position of the rotor, The magnetic member is held between the claw-shaped magnetic poles, and one side of the end portion protrudes axially outward from one side of the axial end portion of the iron core and faces the protruding end of the magnetic member The rotary electric machine is provided with means for detecting the magnetism of the magnetic member.
固定子と、これに空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、回転子は、軸受によって回転可能に支持された回転軸と、この上に設けられた鉄心と、回転軸上に設けられたスリップリングとを備えており、鉄心は、回転子の回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の爪形磁極を備えており、回転軸上の一部分でありかつ鉄心に対してスリップリング側とは反対側の部位には円板が設けられており、円板の外周には、回転子の磁極位置検出用の被検出体を構成する磁気部材が設けられており、磁気部材と対向する部位には、磁気部材の磁気を検出するための手段が設けられている回転電機。 The rotor includes a stator and a rotor that is rotatably provided through a gap. The rotor includes a rotary shaft that is rotatably supported by a bearing, an iron core provided on the rotary shaft, and a rotary shaft. The iron core is provided with a plurality of claw-shaped magnetic poles arranged in such a manner that the polarities are alternately different in the rotation direction of the rotor, and is a part on the rotation axis; A disk is provided on the side opposite to the slip ring side with respect to the iron core, and a magnetic member constituting a detection object for detecting the magnetic pole position of the rotor is provided on the outer periphery of the disk. A rotating electric machine is provided with means for detecting the magnetism of the magnetic member at a portion facing the magnetic member.
以下、本発明の第1実施例を図1,図2に基づいて説明する。図1は本実施例のモータジェネレータの全体構成を示す。図2は、本実施例のモータジェネレータが適用されたエレクトリックパワートレインシステムを適用する自動車のパワートレインシステムの概略構成を示す。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the overall configuration of the motor generator of this embodiment. FIG. 2 shows a schematic configuration of an automobile powertrain system to which an electric powertrain system to which the motor generator of this embodiment is applied is applied.
まず、図2に示す自動車のパワートレインの概略構成について説明する。図2に示す自動車は、内燃機関であるエンジン110を動力源としたエンジンパワートレインと、モータジェネレータ120を動力源としたエレクトリックパワートレインの両方を備えたハイブリッド電気自動車の1つである。エンジンパワートレインは主として自動車の駆動源を構成する。エレクトリックパワートレインは主としてエンジン110の始動源,エンジン110のアシスト源及び自動車の電力源として用いられる。従って、図2に示す自動車においては、イグニションキースイッチがオン状態にあって、信号待ちなどの停車時にエンジン110を停止させ、発車時にエンジン110を再始動する、いわゆるアイドルストップを行うことができる。
First, the schematic configuration of the automobile powertrain shown in FIG. 2 will be described. The vehicle shown in FIG. 2 is one of hybrid electric vehicles including both an engine power train that uses an engine 110 that is an internal combustion engine as a power source and an electric power train that uses a
図2に示す自動車において100は車体である。車体100のフロント部には前輪車軸101が回転可能に軸支されている。前輪車軸101の両端には前輪102,103が設けられている。車体100のリア部には後輪車軸104が回転可能に軸支されている。後輪車軸104の両端には後輪105,106が設けられている。図2に示す自動車においては前輪駆動方式を採用している。このため、前輪車軸101の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア111(以下、「DEF111」と略称する)が設けられおり、エンジン110から変速機112を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸101に分配するようになっている。変速機112はエンジン110の回転駆動力を変速してDEF111に伝達している。
In the automobile shown in FIG. 2,
エンジン110にはモータジェネレータ120が機械的に連結されている。これによって、モータジェネレータ120の回転駆動力がエンジン110に、エンジン110の回転駆動力がモータジェネレータ120にそれぞれ伝達できるようになっている。図2に示す自動車においては、エンジン110のクランクシャフトに設けられたプーリー110aとモータジェネレータ120の回転軸に設けられたプーリー120aとの間をベルト130によって機械的に連結することにより、エンジン110とモータジェネレータ120とを機械的に連結している。
A
モータジェネレータ120は、インバータ装置121によって制御された3相交流電力がステータのステータコイルに供給されることによって、ロータが回転し、3相交流電力に応じた回転駆動力を発生する。すなわちモータジェネレータ120はインバータ装置
121から制御され、電動機として動作する。一方、モータジェネレータ120は、エンジン110の回転駆動力を受けてロータが回転することによって、ステータのステータコイルに起電力が誘起され、3相交流電力を発生する。すなわちモータジェネレータ120は発電機として動作する。
In
インバータ装置121は、高圧バッテリ122から供給された直流電力を3相交流電力に変換する電力変換装置であり、運転指令値,モータジェネレータ120のステータコイルに流れる3相交流電流値及びロータの磁極位置などの入力信号に応じた指令信号を演算し、この指令信号から駆動信号を生成し、この駆動信号に基づいて、インバータブリッジ回路を構成する電力変換用半導体素子を駆動(オン・オフ)するようになっている。電力変換用半導体素子には、MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)が用いられている。また、MOSFETの替わりにIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を用いることができる。尚、MOSFETは内部にダーオードを有するので、1チップで構成することができる。
高圧バッテリ122は、図2に示す自動車の高電圧(42v)系電源を構成するものであり、モータジェネレータ120の駆動用電源,エンジン110に供給される燃料の量を制御するインジェクタ(燃料噴射弁)のアクチュエータ用電源,エンジン110に供給される空気量を制御するスロットバルブ(絞り弁)のアクチュエータ用電源などにも用いられている。高圧バッテリ122には、モータジェネレータ120によって発電された3相交流電力がインバータ装置121によって直流電力に変換されて供給されている。高圧バッテリ122は、変換された直流電力を充電する。尚、高圧バッテリ122としてはバッテリ電圧36vのリチウムイオンバッテリを用いている。
The high-
高圧バッテリ122にはDC−DCコンバータ124を介して低圧バッテリ123に電気的に接続されている。低圧バッテリ123は、図2に示す自動車の低電圧(14v)系電源を構成するものであり、エンジン110を始動させるスタータ125,ラジオ,ライトなどの電源に用いられている。低圧バッテリ123には、高圧バッテリ122からの直流電力がDC−DCコンバータ124によって降圧されて供給されている。低圧バッテリ123は、降圧された直流電力を充電する。また、DC−DCコンバータ124を用いて低圧バッテリ123の直流電力を昇圧し、高圧バッテリ122に供給して高圧バッテリ
122することもできる。尚、低圧バッテリ123としてはバッテリ電圧12vの鉛バッテリを用いている。
The
図2に示す自動車では複数の運転モードを有し、各運転モードに応じてエレクトリックパワートレインの駆動を制御している。エンジン110が初期始動モードにある時、すなわちエンジン110が冷えている状態において、イグニションキースイッチをオンにしてエンジン110を始動、すなわちコールド始動させる時には、低圧バッテリ123から直流電力をスタータ125に供給してスタート125を駆動させる。これにより、エンジン110を始動させる。
The automobile shown in FIG. 2 has a plurality of operation modes, and the drive of the electric power train is controlled according to each operation mode. When the engine 110 is in the initial start mode, that is, when the engine 110 is cold, the ignition key switch is turned on to start the engine 110, that is, when the engine 110 is cold started, DC power is supplied from the
エンジン110が再始動モード(アイドルストップモード)にある時、すなわちエンジン110が温まっており、イグニションキースイッチがオンの状態において、信号待ちなどの停車時にエンジン110を停止させ、再発車時にエンジン110を再始動(ホット始動)させる時には、高圧バッテリ122の直流電力をインバータ装置121で交流電力に変換してモータジェネレータ120に供給し、モータジェネレータ120を駆動させ、モータジェネレータ120の回転駆動力をエンジン110に伝達する。これにより、エンジン110を再始動させる。尚、アイドルストップモードにおいて、高圧バッテリ122の充電量が不足している場合や、エンジン110が十分に温まっていない場合などにおいては、エンジン110を停止せず駆動を継続する。また、アイドルストップモード中においては、エアコンのコンプレッサなど、エンジン110を駆動源としている補機類の駆動源を確保する必要がある。この場合、モータジェネレータ120を駆動させて補機類を駆動する。
When the engine 110 is in the restart mode (idle stop mode), that is, when the engine 110 is warm and the ignition key switch is on, the engine 110 is stopped when the vehicle stops, such as waiting for a signal, and the engine 110 is When restarting (hot starting), the DC power of the
加速モード時や高負荷運転モードにある時には、エンジン110に対する負荷が大きくなるので、高圧バッテリ122の直流電力をインバータ装置121で交流電力に変換してモータジェネレータ120に供給し、モータジェネレータ120を駆動させ、モータジェネレータ120の回転駆動力をエンジン110に伝達する。これにより。エンジン110の駆動をアシストする。高圧バッテリ122の充電が必要な充電モードにある時には、エンジン110によってモータジェネレータ120を駆動させる。これにより、交流電力を発電させ、発電電力をインバータ装置121で直流電力に変換して高圧バッテリ122を充電する。車両の制動時や減速時などの回生モードにある時には、車両の運動エネルギーをモータジェネレータ120に伝達してモータジェネレータ120を駆動する。これにより、交流電力を発電させ、発電電力をインバータ装置121で直流電力に変換して高圧バッテリ122を充電する。
When in the acceleration mode or in the high load operation mode, the load on the engine 110 increases, so that the DC power of the
次に、モータジェネレータ120の構成について説明する。
Next, the configuration of the
モータジェネレータ120は同期式交流機であり、冷却媒体として空気を用いる空冷機である。前述のように、モータジェネレータ120は、エンジン110の再始動時には同期電動機として動作し、高圧バッテリ122の充電時及び回生モード時には同期発電機として動作する。本実施例の以下の説明においては、モータジェネレータ120とインバータ装置121が別体になっている場合について説明するが、モータジェネレータ120とインバータ装置121が一体、すなわちインバータ装置121のスイッチング素子及びそれを駆動する駆動回路などが、モータジェネレータ120の一部分、例えば電圧調整器やブラシホルダと同じ場所に配置される場合もある。
The
図において1,2は、モータジェネレータ120のハウジングを構成する一対のエンドブラケットである。エンドフレーム1,2はアルミニウム製の椀状部材である。エンドブラケット1,2の側面中央(椀状部材の最底部に相当する部分)には円筒状のベアリング箱が形成されている。エンドブラケット1,2のベアリング箱にはベアリング6,7が設けられている。ベアリング6,7は、エンドブラケット1,2の対向方向に延びるシャフト12を回転自在に支承する。
In the figure, reference numerals 1 and 2 denote a pair of end brackets constituting the housing of the
エンドブラケット1,2の対向する開口部の間には固定子が挟持され、これによって固定されている。固定子はステータコア4及びステータコイル3を備えている。ステータコア4は、円環状の磁性部材が複数積層されて形成された円筒状の鉄心である。ステータコイル3は、ステータコア4の内周部に形成された複数のスロットに挿入されており、3相スター結線で構成されている。
A stator is sandwiched between the opening portions of the end brackets 1 and 2 facing each other, and is fixed thereby. The stator includes a
ステータコア4の内周側と対向するシャフト12部分には、ポールコア9がステータコア4に空隙を介して対向するように固定されている。ポールコア9は、周方向に複数の爪状磁極を有するコアが1対、回転軸方向に対向し、一方のコアの爪状磁極と他方のコアの爪状磁極が周方向(回転方向)に交互に配置されるように、シャフト12に固定されたものである。これにより、異なる磁極が周方向に交互に配置される。ポールコア9の爪状磁極の内周面と対向する部分には、絶縁処理を施した界磁コイル8がボビンに巻かれて同心状に設けられている。
A
シャフト12の一方端にはスリップリング10が固定されている。スリップリング10はリード線を介して界磁コイル8と電気的に接続されたものであり、摺動接触するブラシ16aから電力の供給を受ける。シャフト12の他方端にはプーリー120aがナットによって固定されている。ポールコア9の回転軸方向の両端面には、冷却手段である冷却用遠心ファン13,14が固定されている。冷却用遠心ファン13,14はポールコア9と共に回転して外部から外気を機内に取り込むと共に、その外気を機内に循環させて機内を冷却し、冷却し終えた外気を外部に排出する。本実施例では、シャフト12,ポールコア9,界磁コイル8,スリップリング10及び冷却用遠心ファン13,14から回転子11が構成されている。
A
尚、モータジェネレータ120において、プーリー120a側はフロント側、プーリー120a側とは反対側はリア側と呼ばれる。このため、エンドブラケット1はフロント側エンドブラケット、エンドブラケット2はリア側エンドブラケット、ベアリング6はフロント側ベアリング、ベアリング7はリア側ベアリング、冷却用遠心ファン13はフロント側冷却用遠心ファン、冷却用遠心ファン14はリア側冷却用遠心ファンと呼ばれる場合もある。
In the
ファンガイド18によって回転子11側から隔てられたエンドブラケット2の空間部分にはブラシホルダ16及びICレギュレータ17(或いは電圧調整装置ともいう)が配置され、複数の固定用のボルト・ナットによってエンドブラケット2に固定されている。ファンガイド18は円環状の部材であり、エンドブラケット2の隔てられた空間部と回転子11側の空間部とを連通する開口部が複数設けられている。ICレギュレータ17は、ブラシ16aを介して界磁コイル8に流れる界磁電流を制御し、モータジェネレータ120の回転トルク及び発電電力を制御する。ブラシホルダ16はブラシ16aを保持すると共に、ブラシ16aをスリップリング10に押圧して摺動接触させる。これにより、界磁コイル8を励磁する界磁電流がブラシ16aの一方からスリップリング10の一方に供給され、そこからリード線を介して界磁コイル8に供給される。また、供給された界磁電流はリード線を介してスリップリング10の他方に供給され、そこからブラシ16aを介して外部に通電される。スリップリング10は、後述する樹脂モールドによってシャフト12上に固定されている。
A
エンドブラケット1,2には、外部と機内を連通するための開口部が複数設けられている。冷却用遠心ファン13,14が回転することにより、その開口部を介して外部から空気が機内に取り込まれる。また、冷却し終えた空気がその開口部を介して外部に排出される。冷却用遠心ファン14の回転によって外部から機内に取り込まれる空気は、ファンガイド18によって隔てられたエンドブラケット2の空間部分にエンドブラケット2の開口部を介して取り込まれ、ICレギュレータ17などを冷却し、ファンガイド18に設けられた開口部を介して回転子11側の空間部分に導入され、回転子11及び固定子を冷却してエンドブラケット2の開口部から外部に排出される。一方、冷却用遠心ファン13の回転によって外部から機内に取り込まれる空気は、エンドブラケット1の開口部を介して取り込まれ、回転子11及び固定子を冷却してエンドブラケット1の開口部から外部に排出される。
The end brackets 1 and 2 are provided with a plurality of openings for communicating the outside with the interior of the machine. When the cooling
スリップリング10をモールドしている樹脂の外周にはマグネット樹脂19が設けられている。マグネット樹脂19はリング状のものであって、ポールコア9の爪状磁極に対応して周方向にN極とS極が交互に配置されたものであり、かつポールコア9の磁極位置を検出するための被検出体を構成するものである。尚、本実施例のマグネット樹脂19では周方向にN極とS極を交互に配置されているが、N極とS極のいずれか一方を非磁性部で構成しても構わない。
A
マグネット樹脂19と対向する部位には、ファンガイト18に固定金具20aを介して固定された磁極位置検出用半導体素子20が3つ配置されている。本実施例では、磁極位置検出用半導体素子20としてホール素子或いはホールICを用いている。本実施例では、ホールコア9の磁極が12極でる(爪状磁極が12個もっている)ので、磁極位置検出用半導体素子20は、周方向に機械角で20度間隔、電気角で言えば120度間隔となるように配置している。尚、磁極位置検出用半導体素子20の周方向の間隔は電気角で120度間隔となればよい。従って、磁極位置検出用半導体素子20の配置間隔は機械角で20度に限定される必要がなく、他の部品との関係を考慮して、電気角で120度間隔となるように設定すればよい。
Three magnetic pole position detecting
3つ磁極位置検出用半導体素子20の出力は、インバータ装置121のインバータ制御回路に入力され、ポールコア9の磁極位置が検出される。検出された磁極位置は、フィードバック制御量として、モータジェネレータ120を駆動するための指令値の演算に用いられる。磁極位置を考慮して演算された指令値は、インバータ装置121のインバータ駆動回路に入力される。インバータ装置121のインバータ駆動回路は、入力された指令値に基づいて6つの電力制御用半導体素子を駆動するための駆動信号を生成し、3相ブリッジ回路を構成する電力制御用半導体素子のゲート電極に加える。これにより、電力制御用半導体素子がオン・オフされ、高圧バッテリ122から供給された直流電力が3相交流電力に変換される。また、モータジェネレータ120が発電機として動作している場合には、電力制御用半導体素子をオン・オフさせることにより、発電された3相交流電力を直流電力に変換(整流)することができる。尚、本実施例のインバータ装置121は、120度通電或いは180度通電による矩形波駆動方式を用いていて、モータジェネレータ120の駆動を制御している。
The outputs of the three magnetic pole position
以上説明した本実施例によれば、被検出体を構成するマグネット樹脂19を、スリップリング10をモールドしている樹脂の外周に設け、これに対向する部位に磁極位置検出用半導体素子20、例えばホール素子或いはホールICを設け、ルンデル型回転子の磁極位置検出手段を構成しているので、モータジェネレータ120の構造や設計寸法を変えることなく、被検出体を構成するマグネット樹脂と磁極位置検出用半導体素子20を上記部位に追加するだけで、簡易にしかも安価に磁極位置検出手段をモータジェネレータ120に設けることができる。
According to the present embodiment described above, the
従って、本実施例によれば、レゾルバやエンコーダなどの既製の磁極位置検出手段よりも安価な磁極位置検出手段を、ルンデル型回転子の構造を大きく変えることなく、しかもモータジェネレータ120の体格を大型化させることなく、モータジェネレータ120に設けることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the magnetic pole position detecting means, which is less expensive than the existing magnetic pole position detecting means such as a resolver or an encoder, does not greatly change the structure of the Rundel rotor, and the size of the
本発明の第2実施例を図3に基づいて説明する。図3は本実施例のモータジェネレータの全体構成を示す。本実施例は、前例のものと比較し、磁極位置検出手段を設ける部位が異なっており、他の構成は前例と同様である。従って、以下の説明では、前例と異なる部分のみ説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the overall configuration of the motor generator of this embodiment. Compared with the previous example, the present example is different in the part where the magnetic pole position detecting means is provided, and the other configuration is the same as the previous example. Therefore, in the following description, only parts different from the previous example will be described.
本実施例の磁極位置検出手段では、ポールコア9の周方向に隣接する爪状磁極間に磁石21を固定している。磁石21は棒状のものであり、ポールコア9の軸方向一端部から軸方向に突出している。本実施例では、磁石21はポールコアのフロント側端部からフロント側のエンドブラケット1に向かって突出している。また、磁石21はその突出方向、すなわち軸方向に磁化されている。これにより、ポールコア9の軸方向一端部側には、ポールコア9の爪状磁極の一方に対応する磁石21と、その他方に対応する空間部分(非磁性部)とが周方向に交互に配置され構成された被検出体が構成される。磁石21と対向する部位には、エンドブラケット1に固定金具20aを介して固定された磁極位置検出用半導体素子20が3つ配置されている。磁極位置検出用半導体素子20には前例と同様にホール素子或いはホールICを用いて、前例と同様の関係にて配置している。このように構成された本実施例においても、前例と同様の効果を得ることができる。
In the magnetic pole position detecting means of the present embodiment, the
本発明の第3実施例を図4に基づいて説明する。図4は本実施例のモータジェネレータの全体構成を示す。本実施例は、前例のものと比較し、磁極位置検出手段を設ける部位が異なっており、他の構成は前例と同様である。従って、以下の説明では、前例と異なる部分のみ説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the overall configuration of the motor generator of this embodiment. Compared with the previous example, the present example is different in the part where the magnetic pole position detecting means is provided, and the other configuration is the same as the previous example. Therefore, in the following description, only parts different from the previous example will be described.
本実施例の磁極位置検出手段では、シャフト12上であってポールコア9とエンドブラケット1との間の部位に、円環状であり板部材である取付具22aを設け、取付具22aの外周にリング磁石22を設け、ポールコア9の磁極位置を検出するための被検出体を構成している。リング磁石22は、ポールコア9の爪状磁極に対応して周方向にN極とS極が交互に配置されたものである。尚、本実施例のリング磁石22は周方向にN極とS極を交互に配置されているが、N極とS極のいずれか一方を非磁性部として構成しても構わない。リング磁石22と対向する部位には、ベアリング6のカバーを兼ねる固定金具20aに固定された磁極位置検出用半導体素子20が3つ配置されている。本実施例においても前例と同様に、磁極位置検出用半導体素子20にホール素子或いはホールICを用いて、前例と同様の関係にて配置している。このように構成された本実施例においても、前例と同様の効果を得ることができる。
In the magnetic pole position detection means of the present embodiment, an
4…ステータコア、9…ポールコア、10…スリップリング、12…シャフト、19…マグネット樹脂、20…磁極位置検出用半導体素子、21…磁石、22…リング磁石。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該固定子に空隙を介して回転可能に設けられた回転子と
を有し、
前記回転子は、
軸受によって回転可能に支持された回転軸と、
該回転軸上に設けられた鉄心と、
保持部材によって前記回転軸上に保持されたスリップリングと
を備えており、
前記鉄心は、前記回転子の回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の爪形磁極を備えており、
前記スリップリングは、
前記鉄心に装着された巻線に電気的に接続されたものであり、
かつ前記巻線に供給される励磁電流をブラシから受けるものであり、
前記保持部材の外周には、前記回転子の磁極位置検出用の被検出体を構成する磁気部材が設けられており、
前記磁気部材と対向する部位には、前記磁気部材の磁気を検出するための検出手段が設けられている
ことを特徴とする回転電機。 A stator,
A rotor provided rotatably on the stator via a gap,
The rotor is
A rotating shaft rotatably supported by a bearing;
An iron core provided on the rotating shaft;
A slip ring held on the rotating shaft by a holding member,
The iron core includes a plurality of claw-shaped magnetic poles arranged so that the polarities are alternately different in the rotation direction of the rotor,
The slip ring is
Electrically connected to the windings mounted on the iron core;
And receiving the exciting current supplied to the winding from the brush,
On the outer periphery of the holding member, a magnetic member constituting a detected body for detecting the magnetic pole position of the rotor is provided,
A rotating electric machine characterized in that a detecting means for detecting magnetism of the magnetic member is provided at a portion facing the magnetic member.
前記磁気部材は、
リング状のマグネット樹脂から形成されたものであり、
かつ前記回転子の磁極位置に対応して異なる極性が前記回転子の回転方向に交互に配置されたものであり、
前記磁気を検出するための手段は複数のホール素子或いは複数のホールICであり、
前記複数のホール素子或いは前記複数のホールICは、
前記マグネット樹脂の外周面と対向する部位に設けられたものであり、
かつ前記回転子の磁極数に対応して、前記回転子の回転方向に所定の角度をもって配置されたものである
ことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The magnetic member is
It is formed from a ring-shaped magnet resin,
And different polarities corresponding to the magnetic pole position of the rotor are alternately arranged in the rotation direction of the rotor,
The means for detecting the magnetism is a plurality of Hall elements or a plurality of Hall ICs,
The plurality of Hall elements or the plurality of Hall ICs are:
It is provided at a portion facing the outer peripheral surface of the magnet resin,
In addition, the rotating electrical machine is arranged at a predetermined angle in the rotation direction of the rotor corresponding to the number of magnetic poles of the rotor.
該固定子に空隙を介して回転可能に設けられた回転子と
を有し、
前記回転子は、
軸受によって回転可能に支持された回転軸と、
該回転軸上に設けられた鉄心と
を備えており、
前記鉄心は、
前記回転子の回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の爪形磁極と、
前記回転子の磁極位置検出用の被検出体を構成する磁気部材と
を備えており、
前記磁気部材は、
前記爪形磁極間に保持されたものであり、
かつ端部の一方側が前記鉄心の軸方向端部の一方側から軸方向外側に突出したものであり、
前記磁気部材の突端と対向する部位には、前記磁気部材の磁気を検出するための手段が設けられている
ことを特徴とする回転電機。 A stator,
A rotor provided rotatably on the stator via a gap,
The rotor is
A rotating shaft rotatably supported by a bearing;
An iron core provided on the rotating shaft,
The iron core is
A plurality of claw-shaped magnetic poles arranged so that the polarities are alternately different in the rotation direction of the rotor;
A magnetic member constituting a detected body for detecting the magnetic pole position of the rotor,
The magnetic member is
It is held between the claw-shaped magnetic poles,
And one side of the end portion protrudes outward in the axial direction from one side of the axial end portion of the iron core,
A rotating electric machine characterized in that means for detecting magnetism of the magnetic member is provided at a portion facing the protruding end of the magnetic member.
前記磁気部材は、前記回転子の回転方向に隣接する前記爪形磁極間のそれぞれに保持された複数の磁石から構成されており、
前記複数の磁石は、
前記爪形磁極の一方の磁極に対応するものであり、
かつ軸方向に着磁されたものであり、
かつ突端が前記回転子の回転方向に非磁性部と交互に配置されており、
前記非磁性部は、
前記爪形磁極の他方の磁極に対応したものであり、
かつ前記回転子の回転方向に隣接する前記磁石間に形成された空気層であり、
前記磁気を検出する手段は複数のホール素子或いは複数のホールICであり、
複数のホール素子或いは複数のホールICは、
前記磁石の軸方向端面と対向する部位に設けられており、
かつ前記回転子の磁極数に対応して、前記回転子の回転方向に所定の角度をもって配置されている
ことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 3,
The magnetic member is composed of a plurality of magnets held between the claw-shaped magnetic poles adjacent to each other in the rotation direction of the rotor,
The plurality of magnets are:
Corresponding to one of the claw-shaped magnetic poles,
And is magnetized in the axial direction,
And the tip is arranged alternately with the non-magnetic part in the rotation direction of the rotor,
The nonmagnetic part is
It corresponds to the other magnetic pole of the claw-shaped magnetic pole,
And an air layer formed between the magnets adjacent to each other in the rotation direction of the rotor,
The means for detecting magnetism is a plurality of Hall elements or a plurality of Hall ICs,
Multiple Hall elements or multiple Hall ICs
It is provided in a portion facing the axial end surface of the magnet,
The rotating electrical machine is arranged at a predetermined angle in the rotating direction of the rotor corresponding to the number of magnetic poles of the rotor.
前記固定子は、
固定子鉄心と、
該固定子鉄心に装着された固定子巻線と
を備え、
前記固定子巻線は、前記磁気を検出するための手段の出力に応じて制御された電力の供給を受け、前記回転子の磁極位置に応じた回転磁界を発生する
ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4 ,
The stator is
A stator core,
A stator winding mounted on the stator core,
The stator winding receives a supply of electric power controlled according to the output of the means for detecting the magnetism and generates a rotating magnetic field according to the magnetic pole position of the rotor. .
前記鉄心の軸方向両端には、外気を導入して機内を循環させるための冷却ファンが取り付けられている
ことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5 ,
A rotating electric machine characterized in that a cooling fan for introducing outside air to circulate the inside of the machine is attached to both ends of the iron core in the axial direction.
内燃機関を停止させた後に内燃機関を再始動させる時には、バッテリから供給された電力をインバータを介して受けて電動機として動作し、これによって回転駆動力を発生して内燃機関を再始動するものであり、
かつ内燃機関を再始動させた後には、内燃機関によって回転駆動されて発電機として動作し、これによって電力を発生してその電力をインバータを介してバッテリに供給するものであり、
かつ請求項1乃至6のいずれかに記載の回転電機によって構成されたものである
ことを特徴とする車両用電動発電機。 Mounted on a vehicle driven by an internal combustion engine,
When the internal combustion engine is restarted after the internal combustion engine is stopped, the electric power supplied from the battery is received via the inverter and operates as an electric motor, thereby generating rotational driving force and restarting the internal combustion engine. Yes,
And after restarting the internal combustion engine, it is rotationally driven by the internal combustion engine to operate as a generator, thereby generating electric power and supplying the electric power to the battery via the inverter,
And the motor generator for vehicles comprised by the rotary electric machine in any one of Claims 1 thru | or 6 .
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