JP6300987B1 - Controller-integrated rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
【課題】回転位置検出センサの誤作動を防止するとともに、全体の大きさの大型化及び加工コストを抑制することができる制御装置一体型回転電機を提供する。【解決手段】制御装置一体型回転電機1は、回転軸11に設けられる回転位置検出センサ6と、ON/OFFの切替えによって駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うパワーモジュール9と、ON/OFFの切替えによって界磁電流を制御する界磁モジュール10と、パワーモジュール9及び界磁モジュール10を搭載するヒートシンク24と、回転電機本体に対して回転位置検出センサ6を挟んで反対側に設けられるBラインターミナル25と、Bラインターミナル25の径方向内側に対向し、Bラインターミナル25と回転位置検出センサ6との間に設けられ、ヒートシンク24に接地され、導電性材によって形成されるシールド部材26とを備える。【選択図】図3Provided is a controller-integrated rotating electrical machine capable of preventing a malfunction of a rotational position detection sensor and suppressing an increase in overall size and processing cost. A controller-integrated rotating electrical machine 1 is provided with a rotational position detection sensor 6 provided on a rotating shaft 11 and by supplying ON / OFF switching to supply armature current during driving and rectification of armature current during power generation. A power module 9 to be performed, a field module 10 for controlling the field current by switching ON / OFF, a heat sink 24 on which the power module 9 and the field module 10 are mounted, and a rotational position detection sensor 6 for the rotating electrical machine main body. A B line terminal 25 provided on the opposite side of the B line terminal 25 is opposed to the radially inner side of the B line terminal 25, provided between the B line terminal 25 and the rotational position detection sensor 6, grounded to the heat sink 24, and conductive. And a shield member 26 formed of a material. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、回転電機と回転電機を制御するための制御装置とを一体化した制御装置一体型回転電機に関するものである。特に、回転位置検出センサと回転電機の電流を制御するスイッチング素子とを有し、自動車等に搭載される制御装置一体型回転電機に関する。 The present invention relates to a controller-integrated rotating electrical machine in which a rotating electrical machine and a control device for controlling the rotating electrical machine are integrated. In particular, the present invention relates to a controller-integrated rotating electrical machine that has a rotational position detection sensor and a switching element that controls the current of the rotating electrical machine and is mounted on an automobile or the like.
特許文献1に開示される回転電機は、回転電機のステータと、ステータと同軸に回転する回転軸に固定されたロータと、ステータを固定支持しつつ回転軸を回転自在に支持するようにしたブラケットとを有する。また、回転軸の一端側には、ロータの回転位置を検出するセンサである回転位置検出センサが設けられる。
A rotating electrical machine disclosed in
ここで、回転電機の出力は、インバータ回路に内蔵されたスイッチング素子のON/OFF制御によって調整される。すなわち、電流を流すONの時間と電流を流さないOFFの時間の比率(デューティ比)を制御回路を使って自在に調整することによって、回転電機の巻線に流れる電流を制御するのである。 Here, the output of the rotating electrical machine is adjusted by ON / OFF control of a switching element built in the inverter circuit. That is, the current flowing through the winding of the rotating electrical machine is controlled by freely adjusting the ratio (duty ratio) of the ON time during which current is supplied and the OFF time during which current is not supplied using a control circuit.
このスイッチング動作の際、直前まで流れていた電流を瞬時に切るため、急激な電流変化が起こり、この電流変化を打ち消すように電流路の周囲に磁界変化が発生する。この磁界変化が他の機器や回路に電磁ノイズとして現れ、誤動作を招く恐れがある。特に、上記特許文献1のような制御装置一体型回転電機においては、スイッチング素子を含むインバータ回路部と回転位置検出センサが近接して配置されることが多い。この場合には、上記のような急峻な電流変化によって発生する磁界変化が、回転位置検出センサの領域にも及ぶ恐れがある。
In this switching operation, the current that has been flowing until immediately before is instantaneously cut, so that a sudden current change occurs, and a magnetic field change occurs around the current path so as to cancel this current change. This magnetic field change appears as electromagnetic noise in other devices and circuits, and may cause malfunction. In particular, in the control apparatus-integrated rotating electrical machine as described in
そこで、特許文献1の回転電機では、回転位置検出センサの固定子の周囲を、導電性を有する非磁性体部及び磁性体部を組み合わせたリング状部材で覆い、磁界を電磁気的に遮蔽するとともに、回転位置検出センサのノイズの低減を図っていた。
Therefore, in the rotating electrical machine disclosed in
しかしながら、特許文献1に記載の回転電機においては、リング状部材の設置により回転位置検出センサのノイズを効果的に低減できるものの、回転位置検出センサの固定子外周部にリング状部材を設置するため、回転位置検出センサが大型化してしまう。そのため、回転電機内への回転位置検出センサの搭載スペースが大きくなり、結果として回転電機が大型化し、車両の搭載スペース内に回転電機が収まらなくなるといった問題があった。
However, in the rotating electrical machine described in
また、回転位置検出センサの検出精度を確保するためには、回転電機の軸に設置された回転位置検出センサの回転子と固定子との中心ズレを小さくする必要がある。しかしながら、特許文献1のように、回転位置検出センサの固定子の外周にリング状部材を設置すると、リング状部材を介して固定子の中心を回転子の中心と合わせなければならない。そのため、回転位置検出センサの検出精度を確保するために、リング状部材の内外径精度だけでなく、固定子の外形部やリヤ側ブラケットの突出固定部の位置精度を向上させる必要があり、加工コストが上がり、高コスト化となる懸念があった。
Further, in order to ensure the detection accuracy of the rotational position detection sensor, it is necessary to reduce the center deviation between the rotor and the stator of the rotational position detection sensor installed on the shaft of the rotating electrical machine. However, as in
この発明は、このような問題を解決するためになされ、回転位置検出センサの誤作動を防止するとともに、全体の大きさの大型化及び加工コストを抑制することができる制御装置一体型回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a controller-integrated rotating electrical machine capable of preventing malfunction of a rotational position detection sensor and suppressing an increase in overall size and processing cost. The purpose is to provide.
上記の課題を解決するために、この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングと、軸方向に延び、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、ハウジングの内部に設けられるとともに、回転軸に固定される回転子とハウジングに固定される固定子とを有する回転電機本体と、回転軸に設けられる回転位置検出センサと、回転電機本体に電気的に接続され、ON/OFFの切替えによって駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うパワーモジュールと、回転電機本体に電気的に接続され、ON/OFFの切替えによって界磁電流を制御する界磁モジュールと、パワーモジュール及び界磁モジュールを制御する制御基板と、パワーモジュール及び界磁モジュールを搭載するヒートシンクと、パワーモジュール及び界磁モジュールの各々の電力系の端子に電気的に接続されるとともに、回転電機本体に対しては回転位置検出センサを挟んで軸方向の反対側に設けられる電源配線と、電源配線の径方向内側に対向して設けられ、電源配線と回転位置検出センサとの間に設けられるとともに、ヒートシンクに接地され、導電性材によって形成されるシールド部材とを備える。 In order to solve the above-described problems, a controller-integrated rotating electrical machine according to the present invention includes a housing, a rotating shaft extending in the axial direction and rotatably supported by the housing, provided inside the housing, and rotated. A rotating electrical machine main body having a rotor fixed to the shaft and a stator fixed to the housing, a rotational position detection sensor provided on the rotating shaft, and electrically connected to the rotating electrical machine main body, and switched by ON / OFF switching A power module that supplies armature current during driving and rectifies armature current during power generation; a field module that is electrically connected to the rotating electrical machine body and controls the field current by switching ON / OFF; Control board for controlling power module and field module, heat sink for mounting power module and field module, power module and Electrically connected to each power system terminal of the magnetic module, and to the rotating electrical machine body, the power supply wiring provided on the opposite side of the axial direction across the rotational position detection sensor, and the radially inner side of the power supply wiring And a shield member which is provided between the power supply wiring and the rotational position detection sensor and which is grounded to the heat sink and formed of a conductive material.
本発明に係る制御装置一体型回転電機によれば、各スイッチング回路で発生する急峻な電流変化に対して、ヒートシンクと接地した導電性材からなるシールド部材をリターンパスとして作用させる。ここで、リターンパスとは、Bラインターミナル(電源配線)から各スイッチング回路を経由してGND接地されているヒートシンクに流れる電流経路内のスイッチング回路とヒートシンク(グラウンド)間に配置したシールド部材にBラインターミナルに流れる電流と反対の方向の電流を流し、磁界の変化を打ち消し合うように作用させることである。そのため、回転位置検出センサに発生するノイズを低減することが可能となり、回転位置検出センサの誤作動が防止される。
また、シールド部材を設けたことで、回転位置検出センサの固定子の外周へのリング部材設置が不要となることから、回転位置検出センサの大型化を抑制することが可能となる。
さらに、シールド部材をBラインターミナル(電源配線)の径方向内側に配置することにより、厳しい部品加工精度や組立精度が必要なく、加工コストを抑制することが可能となる。
すなわち、本発明に係る制御装置一体型回転電機によれば、回転位置検出センサの誤作動を防止するとともに、全体の大きさの大型化及び加工コストを抑制することができる。
According to the control apparatus-integrated rotating electrical machine according to the present invention, a shield member made of a conductive material grounded with a heat sink acts as a return path against a steep current change generated in each switching circuit. Here, the return path refers to a shield member disposed between the switching circuit and the heat sink (ground) in the current path flowing from the B line terminal (power supply wiring) to the heat sink grounded to GND via each switching circuit. A current in the direction opposite to the current flowing through the line terminal is passed to act so as to cancel out changes in the magnetic field. Therefore, noise generated in the rotational position detection sensor can be reduced, and malfunction of the rotational position detection sensor is prevented.
Further, since the shield member is provided, it is not necessary to install a ring member on the outer periphery of the stator of the rotational position detection sensor, and it is possible to suppress an increase in size of the rotational position detection sensor.
Furthermore, by disposing the shield member on the radially inner side of the B line terminal (power supply wiring), it is not necessary to have strict component processing accuracy and assembly accuracy, and processing costs can be suppressed.
That is, according to the controller-integrated dynamoelectric machine according to the present invention, it is possible to prevent malfunction of the rotational position detection sensor and to suppress the increase in the overall size and the processing cost.
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
まず、図1に示すように、制御装置一体型回転電機1は、界磁巻線2aが界磁鉄心2bに巻かれた回転子2と、三相固定子巻線3aが巻かれた固定子3と、回転子2および固定子3を収容するフロントブラケット4及びリヤブラケット5とを有する。またさらに、制御装置一体型回転電機1は、回転子2の回転状態を検出する回転位置検出センサ6と、電力を供給するためのパワーモジュール9及び界磁モジュール10と、それらを制御する制御基板18とを有する。
なお、回転子2及び固定子3は回転電機本体を構成する。また、フロントブラケット4及びリヤブラケット5はハウジングを構成する。すなわち、回転電機本体はハウジングの内部に設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, as shown in FIG. 1, the controller-integrated rotating
The
また、制御装置一体型回転電機1は、大きく分けて駆動部27とインバータアセンブリ28とから構成される。駆動部27は、上述の回転子2、固定子3、フロントブラケット4、リヤブラケット5及び回転位置検出センサ6を有する。また、インバータアセンブリ28は、上述のパワーモジュール9、界磁モジュール10及び制御基板18を有する。
なお、以下の説明において、制御装置一体型回転電機1に駆動部27が設けられている側をフロント側Fとし、インバータアセンブリ28が設けられている側をリヤ側Rとする。
The controller-integrated
In the following description, the side on which the
駆動部27について詳細に説明する。
図1に示すように、フロントブラケット4及びリヤブラケット5には、回転軸11が軸受7,8を介して回転自在に支持される。ここで、回転軸11が延長する方向をXとする。回転軸11のフロント側Fの一端部は、フロントブラケット4よりも突出する。そして、その先端部には、図示しない内燃機関と双方向にトルクを授受するためのプーリ12が取り付けられている。プーリ12は、図示しないベルトを介して内燃機関と接続されている。さらに、回転子2の界磁鉄心2bのリヤ側Rの端面には冷却風を発生させるためのファン20、21が取り付けられている。
The
As shown in FIG. 1, a rotating
回転位置検出センサ6は、リヤブラケット5と回転軸11との間に、回転軸11と同軸になるように配置されて設けられる。また、軸方向Xにおいて、回転位置検出センサ6はスリップリング13と軸受8との間に配置されている。回転位置検出センサ6は、センサ固定子6aとセンサ回転子6bとを有する。回転位置検出センサ6のセンサ固定子6aはリヤブラケット5に固定されており、回転位置検出センサ6のセンサ回転子6bは回転軸11に固定される。また、回転位置検出センサ6のセンサ固定子6aの周りにはセンサ巻線6cが設けられる。
The rotational
次に、図1及び2に示すインバータアセンブリ28について、詳細に説明する。
インバータアセンブリ28のパワーモジュール9は、駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめものである。また、インバータアセンブリ28の界磁モジュール10は、界磁電流を制御するためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめたものである。パワーモジュール9は、回転子2及び固定子3に電気的に接続され、ON/OFFの切替えによって駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行う。また、界磁モジュール10は、回転子2及び固定子3に電気的に接続され、ON/OFFの切替えによって界磁電流を制御する。さらに、パワーモジュール9及び界磁モジュール10は、冷却用のヒートシンク24に搭載される。また、インバータアセンブリ28には、パワーモジュール9及び界磁モジュール10を制御するための制御回路を有する制御基板18が設けられる。制御基板18には、各モジュール、コネクタ29及び回転位置検出センサ6が電気的に接続され、樹脂によって封止される。また、インバータアセンブリ28のパワーモジュール9、界磁モジュール10、制御基板18及びヒートシンク24は、制御装置一体型回転電機1のリヤ側Rに設けられるリヤカバー15によって被覆され、保護、絶縁されている。なお、リヤカバー15は、内側に設けられた凸部である係合部15aや図示しないネジによって、リヤブラケット5に対して位置を固定されている。
Next, the
The
ここで、回転軸11のリヤ側Rの端部には、リヤカバー15の内側において、回転子2の界磁巻線2aに界磁電流を供給するためのスリップリング13が設けられている。なお、スリップリング13は、軸方向Xにおいてリヤブラケット5よりもリヤ側Rに取付けられている。また、リヤカバー15の内側には、スリップリング13に摺動するブラシ17及びブラシ17を保持するブラシホルダ16が設けられている。
Here, a
また、リヤカバー15の内側において、ヒートシンク24のリヤ側Rには、制御装置一体型回転電機1の入力側の端子であるBラインターミナル25が設けられている。Bラインターミナル25は、パワーモジュール9及び界磁モジュール10の各々の電力系の端子に電気的に接続される。また、Bラインターミナル25は、回転電機本体の回転子2に対しては回転位置検出センサ6を挟んで軸方向Xの反対側に設けられている。すなわち、ヒートシンク24は、Bラインターミナル25と回転位置検出センサ6との間に設けられる。なお、パワーモジュール9及び界磁モジュール10のON/OFFの切替えの際には、Bラインターミナル25には急激な電流変化が生じるものとする。
Further, inside the
図3に示すように、Bラインターミナル25の径方向内側には、略L字形状の断面を有する導電性のシールド部材26がBラインターミナル25と対向して設けられる。また、シールド部材26は、Bラインターミナル25と回転位置検出センサ6との間に設けられている。さらに、シールド部材26は、ヒートシンク24に接地した状態でネジ23を介して固定されている。また、図2に示すように、ブラシホルダ16、Bラインターミナル25及びシールド部材26は略長方形状の枠体であるケース14の内側に保持される。
As shown in FIG. 3, a
以上より、この実施の形態に係る制御装置一体型回転電機1は、電源配線であるBラインターミナル25の径方向内側に対向して設けられ、Bラインターミナル25と回転位置検出センサ6との間に設けられるシールド部材26を有する。シールド部材26はヒートシンク24に接地され、導電性材によって形成される。これにより、パワーモジュール9及び界磁モジュール10のON/OFFの切替えによってBラインターミナル25に流れる電流の方向と反対方向にシールド部材26に電流が流れるため、Bラインターミナル25に急激な電流変化が発生した場合には、シールド部材26にBラインターミナル25と反対方向の急激な電流変化が発生する。従って、急激な電流変化によって生じる磁界変化が低減され、回転位置検出センサ6のノイズが低減されるとともに、回転位置検出センサ6の誤作動が防止される。
また、シールド部材26は、Bラインターミナル25の径方向内側に配置されているため、シールド部材26の設置に余分なスペースをとる必要がなく、制御装置一体型回転電機1の全体の大きさを小型化することができる。また、回転位置検出センサ6の外周に、ノイズ低減のためのリング状部材を設ける必要がないため、回転位置検出センサ6の軸合わせのための加工が容易になり、加工コストを低減させることができる。
As described above, the controller-integrated rotating
Further, since the
また、この実施の形態に限定されず、図4に示すように、ケース14にはBラインターミナル25とシールド部材26との間を遮断する突出部14aが形成されていてもよい。突出部14aは略C字形状の断面を有し、シールド部材26の端部を被覆することにより、Bラインターミナル25とシールド部材26との間を遮断している。これにより、Bラインターミナル25とシールド部材26との間に異物等が入り、地絡することが防止される。
Further, the present invention is not limited to this embodiment, and as shown in FIG. 4, the
また、シールド部材及びヒートシンクは一般的にアルミ材等により形成されるため、シールド部材とヒートシンクとは別部品である場合に限定されず、図5に示すシールド部材126及びヒートシンク124のように、一体的に形成されてもよい。このようにシールド部材126とヒートシンク124とを一体的に形成することにより、部品点数、組立工数の削減が可能となり、製造コストを低減することができる。
In addition, since the shield member and the heat sink are generally formed of an aluminum material or the like, the shield member and the heat sink are not limited to the case where the shield member and the heat sink are separate parts. It may be formed automatically. Thus, by integrally forming the
1 制御装置一体型回転電機、2 回転子(回転電機本体)、3 固定子(回転電機本体)、4 フロントブラケット(ハウジング)、5 リヤブラケット(ハウジング)、6 回転位置検出センサ、9 パワーモジュール、10 界磁モジュール、11 回転軸、14 ケース、14a 突出部、18 制御基板、24,124 ヒートシンク、25 Bラインターミナル(電源配線)、26,126 シールド部材、X 軸方向。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
軸方向に延び、前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、
前記ハウジングの内部に設けられるとともに、前記回転軸に固定される回転子と前記ハウジングに固定される固定子とを有する回転電機本体と、
前記回転軸に設けられる回転位置検出センサと、
前記回転電機本体に電気的に接続され、ON/OFFの切替えによって駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うパワーモジュールと、
前記回転電機本体に電気的に接続され、ON/OFFの切替えによって界磁電流を制御する界磁モジュールと、
前記パワーモジュール及び前記界磁モジュールを制御する制御基板と、
前記パワーモジュール及び前記界磁モジュールを搭載するヒートシンクと、
前記パワーモジュール及び前記界磁モジュールの各々の電力系の端子に電気的に接続されるとともに、前記回転電機本体に対しては前記回転位置検出センサを挟んで前記軸方向の反対側に設けられる電源配線と、
前記電源配線の径方向内側に対向して設けられ、前記電源配線と前記回転位置検出センサとの間に設けられるとともに、前記ヒートシンクに接地され、導電性材によって形成されるシールド部材とを備える、制御装置一体型回転電機。 A housing;
A rotating shaft extending in the axial direction and rotatably supported by the housing;
A rotating electrical machine main body provided inside the housing and having a rotor fixed to the rotating shaft and a stator fixed to the housing;
A rotational position detection sensor provided on the rotational shaft;
A power module that is electrically connected to the rotating electrical machine main body and that supplies the armature current during driving and rectifies the armature current during power generation by switching between ON and OFF;
A field module electrically connected to the rotating electrical machine body and controlling a field current by switching between ON and OFF;
A control board for controlling the power module and the field module;
A heat sink on which the power module and the field module are mounted;
A power source that is electrically connected to the power system terminals of each of the power module and the field module and that is provided on the opposite side of the axial direction with respect to the rotating electrical machine body with the rotational position detection sensor interposed therebetween. Wiring and
The power supply wiring is provided opposite to the inside in the radial direction, provided between the power supply wiring and the rotational position detection sensor, and includes a shield member that is grounded to the heat sink and formed of a conductive material. Controller-integrated rotating electrical machine.
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