JP4073758B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角度検出器を有する車両用回転電機に係り、特には回転角度検出器の回転角度検出精度を高めるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。特に、エンジン始動時に同期電動機として使用する場合、ステータコアやロータコアに巻装された各界磁コイルへの通電タイミングを制御する必要があることから、従来よりロータコアが嵌着される回転軸の一方の軸端部側に回転角度検出器を配置して回転角度を検出するようにしている。
【０００３】
ところで、この種の車両用回転電機において、上記の回転角度検出器として磁気式のものやレゾルバを使用する場合、ロータコアに巻装されたロータコイルへの通電により回転軸が磁化され、その結果、回転軸を通じて流れる漏れ磁束によって回転角度検出器の検出精度が影響を受けやすい。
【０００４】
そこで、従来技術では、磁気式の回転角度検出器を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れ磁束をこれらの磁気バイパス部材でバイパスさせことにより、回転角度検出器を構成するホール素子と永久磁石との間を漏れ磁束が通過しないようにした構成のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載されている構成にすれば、磁気式の回転角度検出装置を構成するホール素子と永久磁石との間を通過する漏れ磁束が低減されるため、回転角度検出器の検出精度をある程度高めることが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７１７２３号公報（第１−６頁、図１−図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来のものは、磁気式の回転角度検出器を挟む前後の磁気バイパス部材の内、ロータコア側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いるので、回転軸との間に隙間が形成されている。このため、回転軸を通じて流れる漏れ磁束をこの磁気バイパス部材でバイパスさせる効果が不十分である。
【０００８】
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れ磁束をバイパスさせる効果が未だ不十分である。
【０００９】
このように、従来構成のものは、磁気式の回転角度検出器を挟む前後のいずれの磁気バイパス部材によっても漏れ磁束をバイパスさせるのに不十分で、回転角度検出器の検出精度を高めるのに限界がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、漏れ磁束による回転角度検出器への影響を可及的に低減し、より高精度な回転角度検出を行える車両用回転電機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端部側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、次の構成を採用している。
【００１２】
第１の発明では、上記回転軸の回転角度検出器の取付箇所よりも外側の軸端部には、上記回転軸の径方向外方に向けて張出形成された高透磁性の磁気バイパス部材が取り付けられ、この磁気バイパス部材が上記回転軸の外端側に位置する回転角度検出器保護用の保護カバーに接近され、かつ、上記保護カバーは高透磁性の磁気バイパス部材として形成されていることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明では、上記回転軸の回転角度検出器の取付箇所よりも外端側には、上記回転軸の軸端部に近接するとともに、上記回転軸の径方向外方に向けて張り出した高透磁性の磁気バイパス部材が配置され、また、上記回転軸のロータコアと回転角度検出器の間に位置する箇所には、高透磁性の磁気バイパス部材が嵌着されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の構成を示す縦断面図である。
【００１５】
図１において、１は車両用回転電機の全体を示し、２はハウジングで、左右一対のブラケット３，４をねじ５で固定して構成されている。各ブラケット３，４には、図外の車体への取付穴３ａ，４ａや内部冷却用の通気孔３ｂ，３ｃ，３ｄ、４ｂ，４ｃが形成されている。また、図中左側のブラケット３の側部には円筒状のフード部３ｆが突設されるとともに、このフード部３ｆの内方にセンサ取付部３ｅが形成されている。
【００１６】
７は鋼鉄等でできた回転軸、８，９は回転軸７をハウジング２に回転自在に支持する軸受けで、これらの各軸受け８，９はブラケット３，４に個別に取り付けられている。１０は図示しないタイミングベルトが懸架されるプーリ、１１はプーリ１０を回転軸７に固定するためのナット、１２は回転軸７に嵌着されたロータコア、１３はロータコア１２に巻装されたロータコイルである。
【００１７】
ロータコア１２は、左右一対のコア部材１６，１７を一体に接合してなり、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１３ａが収容される筒状部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なる。このため、左右の各爪形磁極部１６ｂ，１７ｂは、周方向に沿って所定の間隔を存して互い違いに一定ピッチで配列された形状になっている。なお、１８，１９は各コア部材１６，１７の外側面に取り付けられた冷却ファンである。
【００１８】
２２は回転軸７に嵌着されたスリップリングで、このスリップリング２２はロータコイル１３に電線２３を介して電気的に接続されている。したがって、スリップリング２２および電線２３を介してロータコイル１３に界磁電流が流れると、ロータコア１２を構成するコア部材１６，１７の各爪形磁極部１６ｂ，１７ｂが周方向に沿って交互に正負の極性が変化するように磁化される。
【００１９】
２４はロータコア１２の外方にこれと同心状に配置されてハウジング２に固定されたステータコア、２５はステータコア２４に巻装されたステータコイル、２６はスリップリング２２に接触するブラシ、２７は図外の３相インバータ回路に接続するための端子台、２８は回路基板である。そして、端子台２７は回路基板２８および図示しない電線を介してステータコイル２５に電気的に接続されている。以上の構成自体は既に公知であり、詳細な説明は省略する。
【００２０】
上記回転軸７のプーリ１０の取付位置とは反対側の軸端部には回転角度検出器としてのレゾルバ３１が配置されている。このレゾルバ３１は、回転軸７の軸端部にレゾルバロータ３２がねじ３３で固定され、また、一方のブラケット３のセンサ取付部３ｅの内周部にレゾルバステータ３４がねじ３７で固定され、このレゾルバステータ３４にレゾルバコイル３５が巻装されて構成されている。このようなレゾルバ３１は、比較的簡単な構成であるにもかかわらず機械的振動等の影響を受け難く、回転角度を精度良く検出できる利点がある。なお、３６はレゾルバコイル３５に接続された信号入出力用の電線、３９はレゾルバ３１を保護するためにブラケット３のフード部３ｆの開口端面に固定された平板状の保護カバーである。
【００２１】
この実施の形態１の特徴は、軸受け８とレゾルバ３１との間に位置する回転軸７の外周部に軟鉄材等からなる高透磁性体でできたリング状の磁気バイパス部材４３が圧入等により嵌着されて回転軸７と一体化されていることである。
【００２２】
ここで、回転軸７が鋼鉄のような磁性体でできていると、ロータコイル１３への通電により回転軸７が磁化され、その結果、図１中の符号Ａで示すように、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束がレゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れてレゾルバ３１の回転角度検出精度が悪くなる。
【００２３】
これに対して、この実施の形態１では、回転軸７と一体化された磁気バイパス部材４３が設けられているので、ロータコイル１３への通電が行われた場合、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束は図１中の符号Ｂで示すように、磁気バイパス部材４３からステータコア２４に向けて流れる。このため、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束が非常に小さくなる。したがって、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。また、磁気バイパス部材４３は回転軸７に圧入等によって嵌着するだけでよいため、容易に組み立てることができる。
【００２４】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図であり、図１に示した実施の形態１の構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００２５】
この実施の形態２における車両用回転電機の特徴は、回転軸７のレゾルバ３１の取付箇所よりも外側の軸端部に、軟鉄材等からなる高透磁性の磁気バイパス部材４４がレゾルバロータ３２と共にねじ３３で固定されている。さらに、ブラケット３のフード部３ｆの開口端面に取り付けられた保護カバー３９も同様に軟鉄材等からなる高透磁性でできており、磁気バイパス部材として兼用されている。
【００２６】
そして、回転軸７に固定された磁気バイパス部材４４は、これに対向する保護カバー３９に漏れ磁束ができるだけ多く流れるように、保護カバー３９に極力接近するように形成されている。すなわち、磁気バイパス部材４４は保護カバー３９に向けて突出してから回転軸７の径方向外方に張り出すように屈曲形成されている。
なお、その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００２７】
このように、この実施の形態２では、回転軸７の軸端部にはその径方向外方に張り出した磁気バイパス部材４４が一体固定されているので、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束は、図２中の符号Ｃで示すように、磁気バイパス部材４４および保護カバー３９に沿って流れる。このため、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束を非常に小さくすることができ、したがって、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。また、磁気バイパス部材４４は回転軸７にねじ３３等で固定するだけでよいため、容易に組み立てることができる。
【００２８】
なお、この実施の形態２では、保護カバー３９を高透磁性の磁気バイパス部材として兼用しているが、回転軸７に固定されている磁気バイパス部材４４が回転軸７の径方向外方に大きく張り出すように形成されておれば、保護カバー３９として高透磁性のものを使用しなくても上記と同様な効果が得られる。
【００２９】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の要部を示すもので、図１に示した実施の形態１の構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００３０】
この実施の形態３における車両用回転電機の特徴は、レゾルバ３１を挟む前後の位置にそれぞれ軟鉄材等の高透磁性体でできた磁気バイパス部材４３，３９が設けられていることである。
【００３１】
すなわち、一方の磁気バイパス部材４３は、実施の形態１の場合と同様のもので、軸受け８とレゾルバ３１との間に位置する回転軸７の外周部に圧入等により嵌着されて回転軸７と一体化されている。また、他方の磁気バイパス部材３９は、レゾルバ３１を保護する保護カバーを兼用している。このため、この磁気バイパス部材３９は、回転軸７の軸端部に対向するとともに、回転軸７の径方向外方に向けて張り出している。
【００３２】
そして、保護カバー兼用の磁気バイパス部材３９には、回転軸７を通る漏れ磁束が円滑に流れるように、回転軸７の軸端部に近接させるための突出部３９ａが形成されている。
なお、その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３３】
このように、この実施の形態３では、回転軸７の軸受け８とレゾルバ３１との間に位置する箇所に磁気バイパス部材４３を一体に固定しているので、図３中の符号Ｄ１で示すように、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の多くはこの磁気バイパス部材４３を通じて径方向外方に向かいステータコア２４に流れる。
【００３４】
また、保護カバー兼用の磁気バイパス部材３９は回転軸７の軸端部に近接させているため、上記の磁気バイパス部材４３では十分にバイパスできなかった漏れ磁束は、図３の符号Ｄ２で示すように、保護カバー兼用の磁気バイパス部材３９に沿って流れる。このため、レゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束を実施の形態１，２の場合よりもさらに小さくすることができる。したがって、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響がさらに低減され、一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。
【００３５】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図であり、図３に示した実施の形態３の構成と同一または相当する部分には同一の符号を付す。
【００３６】
この実施の形態４における車両用回転電機の特徴は、回転軸７の磁気バイパス部材４３の嵌着箇所よりも軸端側に位置するレゾルバロータ３２の装着箇所がオーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性体からなる軸部材４０で構成されていていることである。すなわち、非磁性体の軸部材４０の凹部を回転軸７の凸部に嵌着することで両者が一体化されている。一体化の手法としてはたとえば圧入や溶接等が適用される。そして、この軸部材４０にレゾルバロータ３２がねじ３３で固定されている。
なお、その他の構成は実施の形態３の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３７】
このように、この実施の形態４では、回転軸７の軸受け８とレゾルバ３１との間に位置する箇所に磁気バイパス部材４３を固定しているので、図４中の符号Ｅで示すように、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の多くはこの磁気バイパス部材４３を通じて径方向外方に向かいステータコア２４に流れる。
【００３８】
また、回転軸７を通じて流れる漏れ磁束の一部がレゾルバ３１に向かったとしても、レゾルバロータ３２が装着される箇所の軸部材４０が非磁性体で構成されているので、漏れ磁束はこの軸部材４０によって阻止される。したがって、磁気バイパス部材４３を通じてより多くの漏れ磁束が流れるようになり、漏れ磁束がレゾルバロータ３２からレゾルバステータ３４に流れる漏れ磁束を小さくすることができる。このため、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、上記の実施の形態１〜３の場合よりもさらに一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。
【００３９】
さらに、軸部材４０のために磁気バイパス部材４３を通じて流れる漏れ磁束の磁束密度が大きくなってこの部材４３が磁気飽和した場合には、漏れ磁束がレゾルバ３１に流れる恐れがあるが、その場合には、保護カバーを兼用した磁気バイパス部材３９に漏れ磁束が流れるため、レゾルバ３１への漏れ磁束の影響が低減され、レゾルバ３１によって一層安定した高精度な回転角度検出を行うことができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記の実施の形態１〜５で説明した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することが可能である。たとえば、上記の実施の形態１，３，４では、軸受け８とレゾルバ３１との間に位置する回転軸７の外周部に磁気バイパス部材４３を嵌着したが、これに限らず、回転軸７に嵌着されたロータコア１２とレゾルバ３１間に位置する適宜な箇所（たとえば、ロータコア１２とスリップリング２２との間やスリップリング２２と軸受け８との間などの個所）に磁気バイパス部材４３を嵌着することができる。
【００４１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、回転軸の回転角度検出器の取付箇所よりも外側の軸端部には、回転軸の径方向外方に向けて張出形成された高透磁性の磁気バイパス部材を取り付け、この磁気パルス部材を、さらに高透磁性の磁気バイパス部材として形成されている保護カバーに接近して配置しているので、回転軸を通じて流れる漏れ磁束は、回転軸の軸端に設けた磁気バイパス部材および保護カバーを沿って流れる。このため、回転軸を経由して回転角度検出器を通過する漏れ磁束は非常に小さくなるので、回転角度検出器への漏れ磁束の影響が大幅に低減され、高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。また、磁気バイパス部材は回転軸にねじ等で固定するだけでよいため、容易に組み立てることができる。
【００４２】
また、第２の発明によれば、回転軸の回転角度検出器の取付箇所よりも外端側には、回転軸の軸端部に近接するとともに、回転軸の径方向外方に向けて張り出した高透磁性の磁気バイパス部材が配置され、また、回転軸のロータコアと回転角度検出器の間に位置する箇所には高透磁性の磁気バイパス部材が嵌着されているので、回転軸を通じて流れる漏れ磁束の多くはロータコアと回転角度検出器の間に位置する磁気バイパス部材を通じて径方向外方に向かいステータコアに流れ、この磁気バイパス部材では十分にバイパスできなかった漏れ磁束は、回転軸の軸端部に設けた磁気バイパス部材に沿って流れる。このため、回転軸に沿って流れる漏れ磁束をさらに小さくすることができ、一層高精度な回転角度検出を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
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、２４ ステータコア、２５ ステータコイル、３１ レゾルバ（回転角度検出器）、３９ 磁気バイパス部材、４０ 軸部材（非磁性体）、４３ 磁気バイパス部材。

Claims (4)

1. 回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端部側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、
   上記回転軸の回転角度検出器の取付箇所よりも外側の軸端部には、上記回転軸の径方向外方に向けて張出形成された高透磁性の磁気バイパス部材が取り付けられ、この磁気バイパス部材が上記回転軸の外端側に位置する回転角度検出器保護用の保護カバーに接近され、かつ、上記保護カバーは高透磁性の磁気バイパス部材として形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
2. 回転軸にロータコアが嵌着され、このロータコアの外方にはこれと同心にステータコアが配置され、また、上記回転軸の一方の軸端部側には回転角度検出器が配置されてなる車両用回転電機において、
   上記回転軸の回転角度検出器の取付箇所よりも外端側には、上記回転軸の軸端部に近接するとともに、上記回転軸の径方向外方に向けて張り出した高透磁性の磁気バイパス部材が配置され、また、上記回転軸のロータコアと回転角度検出器の間に位置する箇所には、高透磁性の磁気バイパス部材が嵌着されていることを特徴とする車両用回転電機。
3. 上記回転軸は、少なくとも磁気バイパス部材の嵌着箇所から回転角度検出器の取付箇所までの間に位置する全部または一部が非磁性体により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用回転電機。
4. 上記回転角度検出器は、レゾルバであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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