JP5276695B2

JP5276695B2 - 車両用回転電機

Info

Publication number: JP5276695B2
Application number: JP2011112408A
Authority: JP
Inventors: 浩司川村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: JP2012244766A

Description

本発明は、磁気式の回転角度検出器を有する車両用回転電機に関する。

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。エンジン始動時に同期電動機として用いる場合には、ステータコアやロータコアに巻回された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、ロータコアが装着されている回転軸に回転角度検出器を配置して、回転軸の回転角度を検出するようにしている。ここで、回転角度検出器として磁気の変化を利用した磁気式のもの、例えばレゾルバやホール素子を用いた場合、ロータコイルへの通電により発生した磁束の一部が回転軸を通って回転角度検出器に漏洩し、角度検出精度が低下してしまうおそれがある。

例えば回転角度検出器としてレゾルバを用いた場合、レゾルバはレゾルバステータとレゾルバロータとの間の磁気パーミアンスの変化を利用してレゾルバロータ角度を検出するものであるため、漏洩磁束がレゾルバに流れると出力波形にノイズ成分が重畳してしまい回転角度検出精度が低下するという問題点がある。そこで、従来技術では、磁気式の回転角度検出器（レゾルバ）を回転軸の軸方向に沿って前後に挟む状態で高透磁性の磁気バイパス部材を設け、回転軸を通じて流れる漏洩磁束をこれらの磁気バイパス部材にバイパスさせることで、回転角度検出器に流れる漏洩磁束を低減するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成にすれば、磁気式の回転角度検出器を経由する漏洩磁束が低減されるため、回転角度検出精度を向上させることができるというものである。

特開２００２−１７１７２３号公報

従来の車両用回転電機は以上のように構成され、回転角度検出器を挟む磁気バイパス部材のうち、ロータコアに近接した内側の磁気バイパス部材はハウジングの側壁に固定されており、回転軸との間に然るべき隙間を設ける必要がある。このため、回転軸を通じて流れ込む漏洩磁束を、この磁気バイパス部材でバイパスさせる効果を充分に発揮することができない。また、回転軸の軸端に固定された外側の磁気バイパス部材は、非磁性体からなるリテーナに取り付けられている。そのため、このリテーナに取り付けられた磁気バイパス部材によっても漏洩磁束をバイパスさせる効果が不十分となる。以上のように、従来の車両用回転電機においては、磁気式の回転角度検出器の近傍に設けたいずれの磁気バイパス部材によっても、漏洩磁束を十分にバイパスさせることはできず、回転角度検出精度を高めるのには限界があるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度な回転角度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得ることを目的とする。

この発明に係る車両用回転電機においては、
回転軸とこの回転軸に嵌着されたロータコアと上記ロータコアに巻回されたロータコイルとを有するロータと、上記回転軸の一方の軸端に配置された磁気式の回転角度検出器と、上記回転軸を周回して巻回された環状のものであって上記回転軸に固定され上記回転軸を経由して上記回転角度検出器を通過する漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生する補償コイルとを備えたものである。

また、この発明に係る車両用回転電機においては、
回転軸とこの回転軸に嵌着されたロータコアと上記ロータコアに巻回されたロータコイルとを有するロータと、上記回転軸の一方の軸端に配置された磁気式の回転角度検出器と、上記ロータコイルに電流を供給するブラシを保持するブラシホルダと、上記回転軸を周回して巻回された環状のものであって上記ブラシホルダに固定され上記回転軸を経由して上記回転角度検出器を通過する漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生する補償コイルとを備えたものである。

この発明は、
回転軸とこの回転軸に嵌着されたロータコアと上記ロータコアに巻回されたロータコイルとを有するロータと、上記回転軸の一方の軸端に配置された磁気式の回転角度検出器と、上記回転軸を周回して巻回された環状のものであって上記回転軸に固定され上記回転軸を経由して上記回転角度検出器を通過する漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生する補償コイルとを備えたものであるので、高精度な回転角度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得ることができる。

また、この発明は、
回転軸とこの回転軸に嵌着されたロータコアと上記ロータコアに巻回されたロータコイルとを有するロータと、上記回転軸の一方の軸端に配置された磁気式の回転角度検出器と、上記ロータコイルに電流を供給するブラシを保持するブラシホルダと、上記回転軸を周回して巻回された環状のものであって上記ブラシホルダに固定され上記回転軸を経由して上記回転角度検出器を通過する漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生する補償コイルとを備えたものであるので、高精度な回転角度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得ることができる。

この発明の実施の形態１である車両用回転電機の構成を示す断面図である。図１の補償コイルとロータコイルとの直列回路を示す回路図である。この発明の実施の形態２である車両用回転電機の要部を示す要部断面図である。図３の補償コイルとロータコイルとの直列回路を示す回路図である。この発明の実施の形態３である車両用回転電機の要部を示す要部断面図である。

実施の形態１．
図１及び図２は、この発明を実施するための実施の形態１である車両用回転電機１を示すものであり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は要部断面図、図２は補償コイルとロータコイルとの直列回路を示す回路図である。図１において、ステータ２３は、ステータコア２４とこのステータコア２４に巻回されたステータコイル２５とを有する。ステータコア２４は後述するロータコア１２の外方にロータコア１２と同心に配置されている。なお、ステータコイル２５は図示しない３相インバータ回路に接続されている。ハウジング２は、左右一対のブラケット３，４をネジ５で固定して構成されている。このときブラケット３，４間にステータコア２４が挟まれ固定されている。

ロータ２０はランデル型のものであり、次のように構成されている。ロータコア１２は一対のコア部材１６，１７を一体にして構成され、回転軸７に圧入固定されている。ロータコイル１３は、コイル端１３ａ，１３ｂを有し、図示しない円筒状のボビンに巻回されている。各々のコア部材１６，１７は、ロータコイル１３が巻回されたボビンが収納された筒状部１６ａ，１７ａからロータコイル１３の上を覆って互いに交差する位置まで爪形磁極部１６ｂ，１７ｂがそれぞれ延設されている。爪形磁極部１６ｂ，１７ｂはロータ２０の周方向に沿って所定の間隔をもって互いに一定ピッチで配列された形状になっている。また、コア部材１６，１７の軸方向端部にはそれぞれ冷却ファン１８，１９が取り付けられている。スリップリング２２は回転軸７に固定されている。回転軸７は、それぞれブラケット３，４に取り付けられ軸受８，９を介してハウジング２に回転自在に支持されている。プーリ１０は、ナット１１によって回転軸７に固定され、図示しないエンジンの回転軸に固定されたプーリとの間に懸架されたベルトにより結合されている。ロータ２０は以上のように構成されている。

ブラシ２６は、左方のブラケット３に固定されたブラシホルダ２８に保持されており、スリップリング２２に接触して通電経路を形成している。回転軸７の図１における左方の軸端部側には回転軸７の回転角度検出器としてのレゾルバ３１が配置されている。レゾルバ３１は、回転軸７の軸端部にレゾルバロータ３２が固定され、ブラケット３にレゾルバステータ３３が固定され、レゾルバステータ３３にはレゾルバコイル３４が巻回されて構成されている。以上の構成は従来のものと同様のものであるので詳細な説明は省略する。

ところで、従来の車両用回転電機では回転軸７を周方向に囲むように配置されているコイルはロータコイル１３のみであり、ブラシ２６、スリップリング２２を介してロータコイル１３に界磁電流を通電してロータコア１２を磁化している。ロータコイル１３に界磁電流を通電することによって生じる磁束のうち、そのほとんどはロータコア１２からステータコア２４へ流れ込む図１（ａ）に示す経路Ａを辿るが、強磁性体である鋼材で製作された回転軸７を通る経路Ｂによってレゾルバ３１に漏洩する。この実施の形態においては、回転軸７を周回して１巻巻回された円環状の補償コイル３０が、図１（ｂ）に示すようにロータコイル１３とレゾルバ３１との間にあるようにして回転軸７の左方の端部近くに固定されており、回転軸７とともに回転する。補償コイル３０は、コイル端３０ａ，３０ｂを有する。補償コイル３０は、図２に示すように、そのコイル端３０ａ，３０ｂ及びロータコイル１３のコイル端１３ａ，１３ｂを介してロータコイル１３と直列に接続された直列回路を構成している。補償コイル３０とロータコイル１３との直列回路は、一対のブラシ２６及び一対のスリップリング２２を介して界磁電流制御装置２７に接続されている。

ここで、ロータコイル１３に通電することによって図１における経路Ｂを通ってレゾルバ３１へ漏洩する漏洩磁束が生じる。補償コイル３０は、上記漏洩磁束を打ち消す方向（経路Ｃ（図１（ｂ））の磁束を発生するようにロータコイル１３とは逆方向に巻回されている。ロータコイル１３に供給される励磁電流は補償コイル３０を流れ、補償コイル３０によって生じる磁束は図１（ｂ）の経路Ｃを通ってレゾルバ３１に作用する。これはロータコイル１３によって生じる経路Ｂの磁束とはレゾルバ３１内において互いに極性が反対になるので、ロータコイル１３によりレゾルバ３１へ漏洩する漏洩磁束が打ち消され、漏洩磁束が大幅に低減される。

レゾルバ３１は回転軸７の軸端に配置されているのでロータコイル１３からは軸方向に最も遠い場所であり、ロータコイル１３からレゾルバ３１に流れ込む漏洩磁束は比較的弱くなっている。そのため、補償コイル３０をレゾルバ３１近傍に設けることにより、補償コイル３０による弱い磁束によっても漏洩磁束を打ち消すことが可能である。従って補償コイル３０の巻数を少なくすることができ、補償コイル３０を追加することによる製品コストの上昇を最小限に抑えることが可能である。また、補償コイル３０によって発生させる磁束は弱くてもよいため、ロータコイル１３からハウジング２へ経路Ａを通って流れる主たる磁束に対しては補償コイル３０の磁束はほとんど影響を及ぼさず、車両用回転電機としての特性を損ねることはない。

ここで、車両用回転電機においては必要な特性が得られるように運転状態に応じて界磁電流値を増減させている。そのため、レゾルバ３１への漏洩磁束も界磁電流値に比例して変動することになる。補償コイル３０を用いて漏洩磁束を打ち消すには、打ち消しに必要な磁束すなわち補償コイル３０への通電電流値を、界磁電流値の変化に合わせて変える必要がある。補償コイル３０の通電電流値を一定値とすると、打ち消し量が足らず漏洩磁束が充分に低減できない場合や、逆に打ち消し量が多すぎて漏洩磁束とは逆向きの磁束がレゾルバ３１に作用してしまう場合が生じてしまう。しかし、この実施の形態によればロータコイル１３と補償コイル３０とを直列に接続した構成としている。これにより補償コイル３０の通電電流値は、補償コイル３０に通電する電流を制御する電流制御装置を特別に必要とすることなく、常にロータコイル１３に流れる界磁電流値と同じ値となる。その結果、補償コイル３０によって生じる磁束は、界磁電流値の変化に合わせて増減するロータコア１２からの漏洩磁束に応じて変化し、漏洩磁束を常に効果的に打ち消すことが可能となる。

レゾルバ３１とロータコイル１３との間に補償コイル３０を配設することにより、ロータコイル１３からレゾルバ３１に流れ込む漏洩磁束を低減し、漏洩磁束による角度検出精度の低下を防ぐことができる。また、補償コイル３０をレゾルバ３１の近傍に設置することによりレゾルバ３１へ流入する漏洩磁束を効果的に低減でき、補償コイル３０の巻数を少なくすることができるので、安価かつ容易に製品への組み込みが可能となる。また、補償コイル３０を回転軸７に固定し、ロータコイル１３と一体で回転するようにしたので補償コイル３０とロータコイル１３との直列接続を簡便かつ容易に実現できる。なお、補償コイル３０により補償する（打ち消す）磁束の大きさは、以上に説明したような巻数を調整する他に、補償コイル３０の軸方向（図１における左右方向）の位置、補償コイル３０の直径等を調整することによっても行うことができる。

実施の形態２．
図３及び図４は、実施の形態２である車両用回転電機を示すものであり、図３は要部断面図、図４は補償コイルとロータコイルとの直列回路を示す回路図である。図３において、補償コイル４０は巻数は１巻であり、ブラシホルダ４８の図３における左方の端部に設けられた筒状部４８ａに一体にされている。そして、図４に示すように、補償コイル４０は、界磁電流制御装置２７の図示しない一方の端子と図４における左方のブラシ２６との間に挿入され、左方のブラシ２６及び左方のスリップリング２２を介してロータコイル１３と直列に接続された直列回路を構成し、この直列回路が界磁電流制御装置２７に接続されている。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものである。

ロータコイル１３は、界磁電流制御装置２７から励磁電流の供給を受けるが、この励磁電流が補償コイル４０を流れ、実施の形態１の図１に示した補償コイル３０と同様にロータコイル１３の通電により生じるレゾルバ３１への漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生することにより、ロータコイル１３によりレゾルバ３１へ漏洩する漏洩磁束を打ち消し、漏洩磁束を低減する。なお、図４では補償コイル４０は界磁電流制御装置２７と左方のブラシ２６との間に挿入しているが、界磁電流制御装置２７と右方のブラシ２６との間に配置してもよい。
このように補償コイル４０を設けることにより、図１に示した補償コイル３０と同様にレゾルバ３１へ漏洩する漏洩磁束を大幅に低減できるとともに、補償コイル４０はロータ２０と一緒に回転しないので機械的強度の小さいものでよい。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３である車両用回転電機の要部断面図である。図５において、補償コイル５０は、１巻であり、ブラケット５３の図５における左方の端部に設けられた筒状部５３ａに巻回されている。そして、図４に示す補償コイル４０と同様に界磁電流制御装置２７の図示しない一方の端子と図４における左方のブラシ２６との間に挿入され、左方のブラシ２６及び左方のスリップリング２２を介してロータコイル１３と直列に接続された直列回路を構成し、この直列回路が界磁電流制御装置２７に接続されている。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものである。
作用効果については、図３に示した補償コイル４０と同様である。

以上の実施の形態においては、例えば図１においては補償コイル３０がスリップリング２２とレゾルバ３１との間に配置されているが、補償コイルの取り付け位置はこれに限定されるものではなく、ロータコア１２とレゾルバ３１との間であればよい。例えば、ロータコア１２と軸受８との間、軸受８とスリップリング２２との間に配置してもよい。なお、補償コイル３０，４０，５０の巻数は全て１巻となっているが、２巻以上の巻数でもよい。
なお、例えば実施の形態２や３において、補償コイル４０，５０とロータコイル１３とを直列に接続しないで、補償コイル４０，５０とレゾルバ３１との間に漏洩磁束検出用の検出コイルを設けて回転軸７を通ってロータコア１２からレゾルバ３１へ漏洩する磁束を検出し、検出された漏洩磁束に基づき補償コイル４０，５０に流す電流を制御して漏洩磁束を低減する補償コイル電流制御装置を設ければ、さらに漏洩磁束を効果的に低減できる。
また、以上の実施の形態においては回転角度検出器としてレゾルバ３１を用いているが、他の磁気式の回転角度検出器、例えばホール素子を用いた回転角度検出器等においても本発明の補償コイルはレゾルバの場合と同様の効果を奏するものである。

１車両用回転電機、７回転軸、１２ロータコア、１３ロータコイル、
２０ロータ、２２スリップリング、２３ステータ、２４ステータコア、
２６ブラシ、３０補償コイル、３１レゾルバ、４０補償コイル、
４８ブラシホルダ、５０補償コイル、５３ブラケット。

Claims

回転軸とこの回転軸に嵌着されたロータコアと上記ロータコアに巻回されたロータコイルとを有するロータと、上記回転軸の一方の軸端に配置された磁気式の回転角度検出器と、上記回転軸を周回して巻回された環状のものであって上記回転軸に固定され上記回転軸を経由して上記回転角度検出器を通過する漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生する補償コイルとを備えた
車両用回転電機。
回転軸とこの回転軸に嵌着されたロータコアと上記ロータコアに巻回されたロータコイルとを有するロータと、上記回転軸の一方の軸端に配置された磁気式の回転角度検出器と、上記ロータコイルに電流を供給するブラシを保持するブラシホルダと、上記回転軸を周回して巻回された環状のものであって上記ブラシホルダに固定され上記回転軸を経由して上記回転角度検出器を通過する漏洩磁束を打ち消す方向の磁束を発生する補償コイルとを備えた
車両用回転電機。
上記ロータコイルと上記補償コイルとが直列に接続されたものである
請求項１または請求項２に記載の車両用回転電機。