JP6771604B2 - Control device integrated rotary electric machine - Google Patents
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Description
本願は、回転電機を制御する制御装置を搭載した制御装置一体型回転電機に関するものである。 The present application relates to a control device integrated rotary electric machine equipped with a control device for controlling the rotary electric machine.
近年、地球温暖化を背景とした輸送機器への燃費改善要求が高まっている。これにともない、車両電装品で消費される電力の供給および車バッテリへの充電を行う界磁巻線式回転電機においても、小型軽量化が急務になっている。しかしながら、近年、電装品の数とこれによる消費電力は増加傾向にあり、車両用回転電機には、より発電量が大きく、効率の高い発電性能を求められている。このため、これらの要求に対応すべく、低損失ダイオードを搭載したオルタネータ、またはMOS−FETなどのパワー半導体素子で構成された電力変換回路を搭載したモータジェネレータなどの車両用回転電機の開発が行われている。 In recent years, there has been an increasing demand for improved fuel efficiency of transportation equipment against the backdrop of global warming. Along with this, there is an urgent need to reduce the size and weight of field winding type rotary electric machines that supply electric power consumed by vehicle electrical components and charge vehicle batteries. However, in recent years, the number of electrical components and the power consumption due to the number of electrical components have been increasing, and rotary electric machines for vehicles are required to have a larger amount of power generation and high efficiency power generation performance. Therefore, in order to meet these demands, we are developing an alternator equipped with a low-loss diode or a rotating electric machine for vehicles such as a motor generator equipped with a power conversion circuit composed of power semiconductor elements such as MOS-FETs. It has been.
特に、モータジェネレータなどの装置では、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、エンジンの始動またはアシストなどを行うための電動機としての機能を備える。この際、エンジンの始動またはアシストするのに十分な出力を得られるようにするため、モータジェネレータの回転電機の回転子の回転位置、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。
この時、モータジェネレータなどの装置が、回転子の界磁巻線を備える場合、またはパワー半導体素子などで構成された電力変換回路などを備える制御装置一体型回転電機では、回転位置を検出するために回転位置センサーが取り付けられる。
In particular, devices such as motor generators are provided with a function as an electric motor for starting or assisting an engine, in addition to the power generation function provided by a conventional alternator, in order to further improve the fuel efficiency of an automobile. At this time, in order to obtain sufficient output to start or assist the engine, the rotational position of the rotor of the rotary electric machine of the motor generator, especially the relative positional relationship between the rotor and the stator, is accurately determined. It needs to be detected.
At this time, when a device such as a motor generator is provided with a field winding of a rotor, or a controller-integrated rotary electric machine including a power conversion circuit composed of a power semiconductor element or the like, the rotation position is detected. The rotation position sensor is attached to.
このような回転位置センサーは、電力変換装置から界磁巻線への電流の経路となるブラシまたはスリップリングを通過する電流、または界磁巻線に通電されることで生じる磁束が回転子の軸を通って放出されるなどして生じる漏れ磁束、または電力変換装置が動作するときに生じるスイッチングノイズなど、外乱が多い過酷な環境下で使用される。このような、外乱が多い中で高い精度で回転位置を検出するために様々な取組がなされている。 In such a rotation position sensor, the current passing through the brush or slip ring, which is the path of the current from the power converter to the field winding, or the magnetic flux generated by energizing the field winding is the axis of the rotor. It is used in a harsh environment with many disturbances, such as leakage magnetic flux generated by being emitted through the coil or switching noise generated when the power conversion device operates. Various efforts have been made to detect the rotation position with high accuracy in such a large amount of disturbance.
例えば、特許文献1には、スリップリングを有する回転軸を含む回転子と、ブラシとブラシホルダと前記ブラシホルダとともにスリップリングを覆うカバー部材とを有するブラシ装置と、回転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で形成された絶縁部が配置された車両用回転電機が示されている。
For example, in
ブラシ摩耗粉が堆積するとブラシ摩耗粉は導電性を有するため、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回転位置被検出部に電流が流れる可能性がある。スリップリングと回転位置被検出部との間に絶縁部材を配置することで、回転位置被検出部に短絡電流が流れることを回避している。また、回転位置検出部が回転位置被検出部から放出した磁力を検出するセンサーの場合、回転位置被検出部と回転子軸の間に絶縁部材を配置しているため、界磁巻線に起因した漏れ磁束の影響を低減できる。このようにして、回転位置検出精度の低下を防止しようとしている。 When brush wear powder accumulates, the brush wear powder has conductivity, so an electrical short circuit occurs between the rotation shaft and the slip ring, and current may flow to the rotation position detected part fixed to one end of the rotation shaft. is there. By arranging an insulating member between the slip ring and the rotation position detected portion, it is possible to prevent a short-circuit current from flowing through the rotation position detected portion. Further, in the case of a sensor in which the rotation position detection unit detects the magnetic force emitted from the rotation position detection unit, the insulating member is arranged between the rotation position detection unit and the rotor shaft, which is caused by the field winding. The influence of the leaked magnetic flux can be reduced. In this way, an attempt is made to prevent a decrease in the rotation position detection accuracy.
また、特許文献2には、回転子に起磁力を発生する界磁巻線と電機子を構成する電機子巻線を有した電動発電機本体部と、ブラシとスリップリングを介して界磁巻線を通電制御する制御回路部と、電機子巻線を通電制御するインバータパワー回路部を備え、ブラシは界磁巻線および電機子巻線と制御回路部との間に配設され、制御回路部が構成されている制御基板は制御回路部搭載部内に収納され、制御回路部搭載部には回転子の位置を検出する回転センサーを設けた電動発電機装置が示されている。
Further,
しかしながら、特許文献1に示された従来の回転電機では、絶縁部材が樹脂などの強度が低い部材、またはセラミックのような割れやすい部材で構成されることになり、被検出部の固定の強度および信頼性が低くなり、回転加速度が大きい場合に検出精度が低下する。また、絶縁部材を配置することで回転軸の長手方向の長さが増大するため、車載用回転電機に常に求められる小型化に対応するため、他の部品の廃止およびサイズの縮小などが必要となり、製品を構成する上での制約となる。また、絶縁部材は一般に熱伝導率が低いため、スリップリング及びブラシで生じた熱が回転軸の端部から放出されるのが妨げられる。この結果、ブラシの温度が上昇することによるブラシの摩耗量の増加に対応するためのブラシの長さの増大、構成部材の耐熱温度向上により製品サイズの増大または生産性悪化の原因となる。
However, in the conventional rotary electric machine shown in
また、特許文献1に示された従来の回転電機では、回転軸の一端に配置された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は、リア側フレームの外側の軸方向端面にボルト等の固定手段によって固定された制御機器に接続線などを介して接続されている。そのため、回転位置検出部から出力された検出信号に回転位置センサー外部からの外乱が重畳して角度検出精度が低下する恐れがある。
Further, in the conventional rotary electric machine shown in
また、特許文献2に示された従来の電動発電機装置では、リヤブラケットの軸線延在方向の後端に配設された回転センサーは、樹脂ケースからなる制御回路部搭載部の内側に配設された制御基板と外部配線で接続されている。したがって、特許文献1の回転電機と同様に、回転センサーから出力された検出信号に回転センサー外部からの外乱が重畳して角度検出精度が低下する恐れがある。
Further, in the conventional motor generator device shown in
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転センサー外部からの外乱に起因した影響を回避し、高精度な回転位置検出を実現す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ものである。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a rotary electric machine with an integrated control device that avoids the influence caused by disturbance from the outside of the rotary sensor and realizes highly accurate rotation position detection. The purpose is to do.
本願に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングに回転自在に支持される回転子軸と、回転子軸に固定されると共に、ブラシを介して通電制御される界磁巻線及び界磁鉄心を有する回転子と、ハウジングに固定されると共に、制御回路部により制御される電力変換回路部によって通電制御される電機子巻線を有する固定子と、回転子軸の長手方向一端側に配置され、電力変換回路部と制御回路部を有する電力変換装置と、信号検出部と信号被検出部から構成され、回転子の位置を検出する回転位置センサーを備え、制御回路部はブラシに対して界磁巻線および電機子巻線と反対側に配置され、回転位置センサーの信号検出部は制御回路部の制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されており、回転位置センサーの信号被検出部は回転子軸の制御回路部側の端部に直接接するように配置され、制御基板は、界磁巻線を通電制御する界磁回路を構成する半導体制御素子を搭載し、制御回路部により半導体制御素子を通電制御するための信号配線が制御基板のパターン配線で構成されているものである。
The controller-integrated rotary electric machine according to the present application has a rotor shaft rotatably supported by a housing, a field winding and a field iron core fixed to the rotor shaft and controlled by energization via a brush. A rotor having a rotor, a stator having an armor winding fixed to a housing and energized by a power conversion circuit unit controlled by a control circuit unit, and a stator having an armor winding, which are arranged on one end side in the longitudinal direction of the rotor shaft. It is composed of a power conversion device having a power conversion circuit unit and a control circuit unit, a signal detection unit and a signal detected unit, and has a rotation position sensor for detecting the position of the rotor. The control circuit unit is fielded with respect to the brush. Arranged on the opposite side of the winding and armor winding, the signal detection part of the rotation position sensor is formed or mounted on the same board as the control board of the control circuit part, and the signal detected part of the rotation position sensor rotates. Arranged so as to be in direct contact with the end of the child shaft on the control circuit section side , the control board is equipped with a semiconductor control element that constitutes a field circuit that energizes and controls the field winding, and the control circuit section provides a semiconductor control element. The signal wiring for controlling the energization of the control board is composed of the pattern wiring of the control board .
本願は、制御回路部がブラシに対して界磁巻線および電機子巻線と反対側に配置され、回転位置センサーの信号検出部は制御回路が形成されている制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されているので、回転位置センサーの外部に外乱が非常に多い特殊環境下においても、高精度な回転位置検出を実現できる制御装置一体型回転電機を提供することができる。 In the present application, the control circuit section is arranged on the side opposite to the field winding and the armature winding with respect to the brush, and the signal detection section of the rotation position sensor is formed on the same board as the control board on which the control circuit is formed. Alternatively, since it is mounted, it is possible to provide a rotary electric machine with an integrated control device that can realize highly accurate rotation position detection even in a special environment where there is a great deal of disturbance outside the rotation position sensor.
実施の形態1.
以下、本願の実施の形態1における制御装置一体型回転電機を図1及び図2に基づいて説明する。
図1は、実施の形態1による制御装置一体型回転電機を示した断面模式図、図2は制御装置の内部回路図である。本実施の形態1で説明する制御装置一体型回転電機は、モータジェネレータを示しているが、車両用の回転電機でも適用可能である。
Hereinafter, the rotary electric machine integrated with the control device according to the first embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a rotary electric machine integrated with a control device according to the first embodiment, and FIG. 2 is an internal circuit diagram of the control device. Although the controller-integrated rotary electric machine described in the first embodiment shows a motor generator, it can also be applied to a rotary electric machine for vehicles.
回転電機100は、ハウジングとしてのフロントブラケット1及びハウジングとしてのリヤブラケット2と、フロントブラケット1に固定されたベアリング11と、リヤブラケット2に固定されたベアリング21と、これらのベアリング11、21に回転自在に支持されている回転子軸4と、フロントブラケット1及びリヤブラケット2に挟持されて固定されると共に固定子鉄心31及び電機子巻線(固定子巻線)32を有する固定子3と、回転子軸4に固定されると共に界磁鉄心61及び界磁巻線62を有する回転子6と、回転子軸4のフロント側の端部に固着されたプーリ5を備えている。回転電機100は、プーリ5に掛けられたベルト(図示せず)を介して、エンジンの回転軸(図示せず)に連結される。
The rotary
なお、以下の説明において、回転子軸4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回転電機のフロント側、リヤブラケット2が設置されている側を回転電機のリア側と称する。また、フロントブラケット1とリヤブラケット2は、それぞれハウジングと称する場合がある。
In the following description, the side where the
回転電機100の駆動の際の発熱により、回転子6および固定子3の温度が上昇するため、回転子6の軸方向両端面には冷却ファン63が設けられている。フロントブラケット1およびリヤブラケット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。回転子軸4のリア側に装着された一対のスリップリング7と、回転子軸4のリア側外周に位置するようにリヤブラケット2に取り付けられたブラシホルダ8と、一対のスリップリング7に摺接するようにブラシホルダ8内に配置された一対のブラシ9を備えている。後述する界磁電流は、一対のブラシ9と一対のスリップリング7を介して界磁巻線62に供給される。
Since the temperatures of the rotor 6 and the
回転電機100のリヤブラケット2の軸方向外側端部には、回転電機100を制御するための電力変換装置として機能する制御装置200を備えている。
制御装置200は、図2に示すように外部の直流電源としての車載バッテリ10からの直流電力を交流電力に変換し、または電機子巻線(固定子巻線)32からの交流電力を直流電力に変換する2組の3相交流回路が構成された電力変換回路部22と、回転子6の界磁巻線62に界磁電流を供給する界磁回路部23と、電力変換回路部22及び界磁回路部23を制御する制御回路部24を備える。
An axially outer end of the
As shown in FIG. 2, the
制御装置200は、電力変換回路部22と、界磁回路部23と、制御回路部24と、これらを覆うもしくは接続する構造部材から構成される。また、車載バッテリ10と電力変換回路部22との間には平滑コンデンサ25が接続される。回転電機100は、リヤブラケット2の軸方向外側端部に電力変換装置の機能を有した制御装置200を搭載した、いわゆる制御装置一体型回転電機である。
The
回転電機の電機子巻線32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組備えた電力変換装置により、それぞれ独立して制御され得るように構成されている。
Y結線された3相の電機子巻線32の各相の端子は、電力変換回路部22における6個のパワー半導体素子22aにより構成された電力変換回路部22の交流側端子に接続されている。電力変換回路部22の直流側端子は、車載バッテリ10と平滑コンデンサ25に接続されている。界磁回路部23は、2個の半導体素子23aを介して車載バッテリ10に接続されている。
The armature winding 32 of a rotating electric machine is composed of, for example, two sets of three-phase armature windings that are out of phase by 30 degrees, and these three-phase armature windings include two sets of three-phase power conversion circuits. It is configured so that it can be controlled independently by the provided power conversion device.
The terminals of each phase of the Y-connected three-phase armature winding 32 are connected to the AC side terminals of the power
回転電機100を電動機として動作させるときは、電力変換回路部22がインバータとして動作するように、制御回路部24によりパワー半導体素子22aがスイッチング制御される。これにより、車載バッテリ10からの直流電力は、電力変換回路部22により交流電力に変換されて電機子巻線32に供給される。電機子巻線32は回転磁界を発生して界磁巻線62が発生する直流磁束と協働して、回転子6を回転させる。このとき、界磁巻線62に流れる界磁電流は、制御回路部24による半導体素子23aのスイッチング制御により必要に応じて調節される。
When the rotary
一方、回転電機100を発電機として動作させるときは、電力変換回路部22がコンバータとして動作するように、制御回路部24によりパワー半導体素子22a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6の界磁巻線62による直流磁界により電機子巻線32に発生した交流電力は、電力変換回路部22により直流電力に変換されて車載バッテリ10に供給される。このとき、界磁巻線62に流れる界磁電流は、制御回路部24による半導体素子23aのスイッチング制御により必要に応じて調節される。
On the other hand, when the rotary
図1に示す制御装置一体型回転電機では、各パワー半導体素子22aの信号線接続端子は、制御回路部24における制御基板240に設けられている制御回路に、信号線接続部材(図示せず)を介して接続されている。また、電力変換回路部22の各相の交流側端子は、電機子巻線32の各相の端子に接続されている。制御回路部24の制御基板240に設けられた制御回路は、リード線接続部を介してエンジン制御装置ECU(図示せず)からのリード線(図示せず)に接続される。
In the controller-integrated rotary electric machine shown in FIG. 1, the signal line connection terminal of each
制御回路部24は、制御基板240と制御基板240を収納するための樹脂ケース241を備えている。制御基板240は所定の支持手段を介して樹脂ケース241に固定されている。樹脂ケース241は内部に収納された制御基板240への塩泥水の浸入を防ぐために、防水カバー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23を構成する半導体素子23aは、前述の制御基板240と同一基板上に実装する。界磁回路部23を制御基板240に搭載することで、別の基板に構成する場合に対して電力変換装置の制御装置200を省スペースにできる。
The
モータジェネレータなどの回転電機では、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電力変換回路部22を備える。電力変換回路部22を構成するパワー半導体素子22a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。電力変換回路部22は、回転電機100のリヤブラケット2と制御回路部24の間の空間である、図1にハッチングで示した領域220のいずれかの箇所に配置される。
A rotating electric machine such as a motor generator includes a power
界磁巻線62に電力を供給するブラシ9は、界磁巻線62および電機子巻線32と制御回路部24との間に配置される。また、ブラシ9に対して界磁巻線62および電機子巻線32と反対の側に配置された制御回路部24の樹脂ケース241内に、制御回路が構成されている制御基板240が収納される。
信号被検出部41と信号検出部42で構成される回転位置センサー40は、ブラシ9に対して界磁巻線62および電機子巻線32と反対の側に配置される。回転位置センサー40の信号被検出部41は、回転子軸4に直接接するように配置し、回転位置センサーの信号検出部42は、制御回路部24の制御基板240と同一基板上に形成もしくは搭載されている。
The
The
回転位置センサー40の構成としては、信号被検出部41に磁石を用いるMR系センサー、または磁石を用いない電磁誘導センサーが用いられる。MR系センサーは信号被検出部41の外周近傍に磁性体又は磁石を配置し、信号検出部42に設けたコイル又はホール素子で磁性体又は磁石の回転位置を検出するものである。電磁誘導センサーは、信号被検出部41として金属が配置され、信号検出部42としてコイル状の信号発信部と信号受信部が配置される。信号発信部に微弱な電流が通電されることで磁束が生じ、信号遮断機能を有した信号被検出部41が回転することで、信号発信部から放出されている磁束が遮蔽され、信号受信部が受け取る信号が小さくなる。これを利用して回転位置を検知する。
As the configuration of the
実施の形態1による制御装置一体型回転電機によれば、回転位置の検出精度を低下させる要因になる漏れ磁束の発生原因である界磁巻線62と回転位置センサー40が配置される位置の間にブラシ9を配置する構成とすることで、界磁巻線62から放出された漏れ磁束が回転位置センサー40に到達されたときには十分に減衰し、回転位置の検出精度が低下することを防止できる。これにより、信号被検出部41を回転子軸4の端部に絶縁部材を介することなく配置しても回転位置の検出精度の低下を防止できる。
According to the controller-integrated rotary electric machine according to the first embodiment, between the field winding 62 and the position where the
また、回転位置センサー40の構成部材の一つである信号検出部42は、制御基板240上に形成されるため、信号検出部42を制御基板240とは別の部分に配置する場合に対して、回転子軸4の長手方向および回転子軸4の長手方向に直行する方向のサイズが省スペースにできる。
Further, since the
回転位置センサー40の信号被検出部41は、回転子軸4に直接接するように配置しているため、信号被検出部41と回転子軸4とが樹脂などの絶縁部材を間に配置する場合に比べて、遥かに高い強度で固定できる。この結果、大きな回転加速度が信号被検出部41に作用した場合でも信号被検出部41の位置がずれることが無く、回転位置の検出精度が低下することを回避できる。また、回転子軸4から信号被検出部41までが熱伝導率が低い樹脂などの絶縁部材を含まないので、ブラシ9、スリップリング7、界磁巻線62などで発生した熱が回転子軸4に伝達され、回転子軸4から信号被検出部41に効率よく伝導される。信号被検出部41が外気に露出しているため、信号被検出部41に伝達された熱が外気に効率よく放出できる。
Since the signal detected
更に、回転位置センサー40の信号検出部42が、制御回路部24の樹脂ケース241内部に収納された制御回路が構成されている制御基板240と同一基板上に形成もしくは搭載されているので、信号検出部42から信号を受信する部品(例えば、マイコン、ASIC、A/Dコンバータ、オペアンプなど)までの配線の長さを短くすることが可能となる。配線の長さを短くできることで、信号検出部42から出力された検出信号に、回転位置センサー40外部からの外乱が重畳するのを防止し、角度検出精度が低下するのを防止できる。この結果、回転位置センサー40の外部に外乱が非常に多いモータジェネレータのような制御装置一体型回転電機の内部という特殊環境下においても高精度な角度検出が可能となる。また、制御基板240が樹脂ケース241に収納されているため、制御回路部24の内部に塵芥が侵入することを防止できる。
Further, since the
実施の形態2
次に、本願の実施の形態2における制御装置一体型回転電機を図3に基づいて説明する。
図3は実施の形態2において使用される回転位置センサー40の信号被検出部41を示した外観模式図で、図3(a)は平面図、図3(b)はA−A’断面図である。
実施の形態2の回転位置センサー40は、信号検出部42がコイル状の信号発信部と、信号発信部から生じた磁束が信号被検出部41で反射されて受信する信号受信部で構成される電磁誘導センサーである。
Next, the controller-integrated rotary electric machine according to the second embodiment of the present application will be described with reference to FIG.
3A and 3B are schematic external views showing a signal-detected
The
図1に示した制御装置一体型回転電機の回転位置センサー40の信号被検出部41として、図3に示すように被検出部以外から出力された回転を検出する信号を回転子6の回転に同期して遮蔽するか否かを切り替える機能を有する信号遮蔽部41aを設けたものである。
本構成では、回転位置センサー40の信号被検出部41に設けられた信号遮蔽部41aが回転子6の回転に同期して回転することで、回転検出信号を信号遮蔽部41aで遮るか否かで回転位置を検出する構成としたものである。
As the signal detected
In this configuration, whether or not the rotation detection signal is blocked by the
このため、実施の形態1で示した界磁巻線62から放出された漏れ磁束が回転位置センサー40に到達されたときには十分に減衰するようにした構成に加えて、信号遮蔽部41a自身が回転検出信号を発しておらず、信号遮蔽部41a以外の部分から出力された信号を遮るか否かで回転位置を検出するため、漏れ磁束の影響をさらに回避できる。このため、回転子軸4と信号遮蔽部41aとの間に樹脂などの絶縁部材を配置する必要がなく、制御装置一体型回転電機の回転子軸4の長手方向の製品サイズが増大するのを防止するとともに、さらなる回転位置の検出精度が向上できる。もしくは更なる過酷な環境下でも精度良く回転位置の検出が可能となる。
Therefore, in addition to the configuration in which the leakage flux emitted from the field winding 62 shown in the first embodiment is sufficiently damped when it reaches the
回転位置センサー40の信号遮蔽部41aは、金属で構成され信号遮蔽部41aが回転子軸4に直接接するように配置する。これにより、信号遮蔽部41aと回転子軸4とが強度が高い金属同士で直接接続する構成となるため、固定強度が高く大きな回転加速度が信号遮蔽部41aに作用した場合でも信号遮蔽部41aの位置がずれることが無く、回転位置検出精度が低下することを回避できる。また、回転子軸4から信号遮蔽部41aまでが熱伝導率が低い樹脂などの絶縁部材を含まないので、ブラシ9、スリップリング7、界磁巻線62などで発生した熱が回転子軸4に伝達され、回転子軸4から信号遮蔽部41aに効率よく伝導される。信号遮蔽部41aが回転するため、信号遮蔽部41aに伝達された熱が外気に効率よく放出できる。
The
また、信号遮蔽部41aが金属製であり、回転子軸4の回転に同期して回転して冷却されるため、信号遮蔽部41a自体の温度が過度に上昇するのを防止できる。この結果、信号遮蔽部41aの温度が大きく変化することで生じる回転位置検出に影響するような信号遮蔽部41aの膨張収縮による形状変動が生じず、回転位置の検出精度が低下することを回避できる。
Further, since the
回転位置センサー40の信号遮蔽部41aは非磁性の金属で構成してもよい。たとえば、銅、アルミ、ステンレス鋼およびこれらを基材とする合金などの非磁性の金属で構成することで、界磁巻線62に通電されることで生じる漏れ磁束、界磁電流の電流脈動などによるノイズが制御回路部24の制御基板240側に放出されるのを防止するシールド効果を得られる。この結果、改めてシールドを配置する必要がなくなり、制御装置一体型回転電機の小型軽量化が可能となる。
The
図3に示すように、回転位置センサー40の信号遮蔽部41aはプロペラ状の羽根部を備えている。このため、信号遮蔽部41aを金属の平板をプレス加工などで打ち抜いて構成でき、安価で高精度に成形できる。回転子軸4への取り付けは、信号遮蔽部41aの回転中心に空いた取り付け穴を回転子軸4に対してねじ留め、圧入、かしめなどで固定する。また、回転子軸4の端部にプロペラ状の信号遮蔽部41aを取り付けるため、電力変換回路部22の内部に空気の流れを生じさせることができ、ブラシ9、スリップリング7、制御回路部24などの温度を低減できる。
As shown in FIG. 3, the
回転位置センサー40の信号遮蔽部41aのプロペラ状の羽根部の枚数が2の倍数枚に設置され、一対のそれぞれの羽根部が信号遮蔽部41aの回転中心を一端とする羽根部の中心線同士が信号遮蔽部41aの回転中心を基準として180度回転した位置に配置する。これにより、回転した時に羽根部に作用する遠心力を打消し、信号遮蔽部41aの羽根部が回転中に回転子軸4の長手方向に変動したり、回転子軸4に対して偏芯したりするのを高速回転でも回避でき、回転位置の検出精度の低下を防止できる。また、信号遮蔽部41aの回転中心を基準として、羽根部が設置されている部分の角度α1と、羽根部が設置されていない部分の角度α2が略同一となるように配置されている。α1=α2とすることで回転位置センサー40の信号検出部42に対して、回転位置検出用の信号が遮蔽される期間と遮蔽されない期間が均等となり、検出精度が向上する。
The number of propeller-shaped blades of the
回転子6の界磁鉄心61は、界磁巻線62に通電した際に磁極となる爪形状のクローポールとなっており、信号遮蔽部41aの羽根部の枚数が界磁巻線62を挟んで一対に設けられたクローポールの磁極の極対数と同一となるように形成している。クローポールの磁極の極対数と回転位置センサー40の信号遮蔽部41aの羽根部の枚数が同じであるため、回転位置センサー40で検出した回転位置の変化と電機子巻線32に対するクローポールの磁極の極対の回転位置の変化が同じになり、回転位置センサー40で検出した角度を制御回路部24で使用する際に内部処理の工程を省略できる。この結果、制御回路部24の制御基板240の構成部品および配線パターンを簡略化できる。
The
実施の形態3.
次に、本願の実施の形態3における制御装置一体型回転電機を図4に基づいて説明する。
図4は実施の形態3において使用される回転位置センサー40の信号遮蔽部41aを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。
図4において、信号被検出部41の信号遮蔽部41aは、信号遮蔽部41aの直径Aと、回転子軸4の直径BがA≦Bとなるように形成されている。信号遮蔽部41aの構成以外は、実施の形態1および2と同様の構成である。
Next, the controller-integrated rotary electric machine according to the third embodiment of the present application will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the end of the rotor shaft including the
In FIG. 4, the
このような構成とすることで、制御装置一体型回転電機を組み立てる際に、信号遮蔽部41aの直径Aが回転子軸4の直径B以下になる。回転子軸4に取り付けられるスリップリング7、スリップリング7に接するブラシ9、ブラシホルダ8は、回転子軸4を取り囲むような形状に成形されており、回転子軸4の長手方向の軸端部から挿入される。信号遮蔽部41aを実施の形態3の構成とすることで、信号遮蔽部41aを取り付ける順番がブラシ9、ブラシホルダ8、スリップリング7を取り付ける前でも後でもよくなり、組み立て自由度が向上する。この結果、信号遮蔽部41aを回転子6の組み立て工程の最初、すなわち、ブラシ9、ブラシホルダ8、スリップリング7を配置する前に設定できるようになることで、クローポールの界磁鉄心61と信号遮蔽部41aの相対的な位置を精度よく設置しようとしたときに障害物がないため位置精度を高く設定するための自由度が高くなり、検出精度が向上する。
With such a configuration, the diameter A of the
実施の形態4.
次に、本願の実施の形態4における制御装置一体型回転電機を図5に基づいて説明する。
図5は実施の形態4による信号遮蔽部41aを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図5において、信号被検出部41の信号遮蔽部41aは、信号遮蔽部41aが回転子6の端部に回転子軸4の一部として形成されている。この信号遮蔽部41aは、回転子軸4の端部を切削加工、砥粒加工などの機械加工、またはプレス加工、鍛造加工、転造加工などによって形成したものである。信号遮蔽部41aの構成以外は、実施の形態1と同様の構成である。
Next, the controller-integrated rotary electric machine according to the fourth embodiment of the present application will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the end of the rotor shaft including the
本構成とすることで、別部品で信号被検出部41の信号遮蔽部41aを形成して回転子軸4に取り付けるよりも、回転子軸4と信号遮蔽部41aの相対的な位置、信号検出部42と信号遮蔽部41aの相対的な位置のずれを低減できる。また、製造工程で位置ずれの補正などが不要になるとともに、取り付け工程が不要となるため製造が容易になる。また、信号遮蔽部41aの回転中心に配置していた取り付け用の穴が不要になり、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、検出精度、検出信頼性が向上する。もしくは、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、信号遮蔽部41aの直径を小さくできる
With this configuration, the relative position of the
実施の形態5.
次に、本願の実施の形態5における制御装置一体型回転電機を図6に基づいて説明する。
図6は実施の形態5による信号遮蔽部41aを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図6において、界磁巻線62にブラシ9から電流を供給するスリップリング7の成型部品を回転子軸4の端部に備え、信号遮蔽部41aがスリップリング7の成型部品の端部に一体成型されている。信号遮蔽部41aの構成以外は、実施の形態1および2と同様の構成である。
Embodiment 5.
Next, the controller-integrated rotary electric machine according to the fifth embodiment of the present application will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the end of the rotor shaft including the
信号遮蔽部41aがスリップリング7の成型部品の端部に一体成型されていることで、スリップリング7を製造工程で組み込む際に同時に信号遮蔽部41aも設置できるため、製造が容易になる。信号遮蔽部41aの回転中心に配置していた取り付け用の穴が不要になり、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、検出精度、検出信頼性が向上する。もしくは、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、信号遮蔽部41aの直径を小さくできる。なお、スリップリング7の成型部品に一体成型される信号遮蔽部41aと回転子軸4は、直接接するように配置する。
Since the
実施の形態6.
次に、本願の実施の形態6における制御装置一体型回転電機を図7に基づいて説明する。
図7は実施の形態6による信号遮蔽部41aを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図7において、信号遮蔽部41aがプロペラ状の羽根部の回転子軸4の長手方向に突起41bを備え、信号遮蔽部41aが回転することで風の流れを発現する構成を備える。信号遮蔽部41aの構成以外は、実施の形態1および2と同様の構成である。
Embodiment 6.
Next, the controller-integrated rotary electric machine according to the sixth embodiment of the present application will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the end of the rotor shaft including the
このような構成とすることで、信号遮蔽部41aがファンのような効果を発現するため、電力変換装置の内部の空気の流れの発生をより強力に促進でき、ブラシ9、スリップリング7、制御回路部24などの温度を低減できる。また、ブラシ9の摩耗粉が空気の流れによってブラシホルダ8の内部から排出され、摩耗粉の堆積によるスリップリング7の成型部品と回転子軸4の短絡、一対のスリップリング7同士が短絡するのを防止できる。これにより、信号遮蔽部41aの温度が過度に上昇するのを防止でき、信号遮蔽部41aの温度が大きく変化することで生じる回転位置検出に影響するような信号遮蔽部41aの膨張収縮による形状変動が生じず、回転位置検出精度が低下することを回避できる。
With such a configuration, since the
実施の形態7.
次に、本願の実施の形態7における制御装置一体型回転電機を図8に基づいて説明する。
図8は実施の形態7による信号遮蔽部41aを含む回転子軸端部を示した断面模式図である。図8において、信号遮蔽部41aが、基板41cと基板の中に形成された金属パターン41dで形成されている。信号遮蔽部41aの構成以外は、実施の形態1および2と同様の構成である。
Next, the controller-integrated rotary electric machine according to the seventh embodiment of the present application will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the end of the rotor shaft including the
このような構成とすることで、信号遮蔽部41aの回転中心に配置していた取り付け用の穴が不要になり、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、検出精度、検出信頼性が向上する。もしくは、信号遮蔽作用を発現させる羽根部の有効面積が向上し、信号遮蔽部41aの直径を小さくできる。
With such a configuration, the mounting hole arranged at the center of rotation of the
本開示は、様々な例示的な実施の形態及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、及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。
Although the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1:フロントブラケット(ハウジング)、2:リヤブラケット(ハウジング)、
3:固定子、31:固定子鉄心、32:電機子巻線(固定子巻線)、4:回転子軸、
6:回転子、61:界磁鉄心、62:界磁巻線、7:スリップリング、
8:ブラシホルダ、9:ブラシ、22:電力変換回路部(電力変換装置)、
23:界磁回路部、24:制御回路部、40:回転位置センサー、
41:信号被検出部、41a:信号遮蔽部、41b:突起、41c:基板、
41d:金属パターン、42:信号検出部、240:制御基板、241:樹脂ケース、
100:回転電機、200:制御装置(電力変換装置)。
1: Front bracket (housing) 2: Rear bracket (housing),
3: Stator, 31: Stator core, 32: Armature winding (stator winding), 4: Rotor shaft,
6: Rotor, 61: Field iron core, 62: Field winding, 7: Slip ring,
8: Brush holder, 9: Brush, 22: Power conversion circuit (power conversion device),
23: Field circuit section, 24: Control circuit section, 40: Rotation position sensor,
41: Signal detected part, 41a: Signal shielding part, 41b: Projection, 41c: Substrate,
41d: metal pattern, 42: signal detector, 240: control board, 241: resin case,
100: rotary electric machine, 200: control device (power conversion device).
Claims (14)
前記制御回路部は前記ブラシに対して前記界磁巻線および前記電機子巻線と反対側に配置され、前記回転位置センサーの信号検出部は前記制御回路部の制御基板と同一基板上に形成もしくは搭載されており、前記回転位置センサーの信号被検出部は前記回転子軸の制御回路部側の端部に直接接するように配置され、前記制御基板は、前記界磁巻線を通電制御する界磁回路を構成する半導体制御素子を搭載し、前記制御回路部により前記半導体制御素子を通電制御するための信号配線が前記制御基板のパターン配線で構成されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。 A rotor shaft rotatably supported by the housing, a rotor having a field winding and a field iron core fixed to the rotor shaft and controlled by energization via a brush, and a rotor shaft fixed to the housing. In addition, a stator having an armature winding that is energized and controlled by a power conversion circuit unit controlled by the control circuit unit, and the power conversion circuit unit and the control that are arranged on one end side in the longitudinal direction of the rotor shaft. It is composed of a power conversion device having a circuit unit, a signal detection unit and a signal detection unit, and includes a rotation position sensor that detects the position of the rotor.
The control circuit unit is arranged on the side opposite to the field winding and the armature winding with respect to the brush, and the signal detection unit of the rotation position sensor is formed on the same substrate as the control substrate of the control circuit unit. Alternatively, the signal-detected portion of the rotation position sensor is arranged so as to be in direct contact with the end portion of the rotor shaft on the control circuit portion side, and the control board controls energization of the field winding. A control device in which a semiconductor control element constituting a field circuit is mounted, and a signal wiring for energizing and controlling the semiconductor control element by the control circuit unit is composed of a pattern wiring of the control board. Body type rotary electric machine.
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