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JP6995163B2 - Generator motor - Google Patents

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JP6995163B2
JP6995163B2 JP2020094054A JP2020094054A JP6995163B2 JP 6995163 B2 JP6995163 B2 JP 6995163B2 JP 2020094054 A JP2020094054 A JP 2020094054A JP 2020094054 A JP2020094054 A JP 2020094054A JP 6995163 B2 JP6995163 B2 JP 6995163B2
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達也 深瀬
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Description

本願は、発電電動機に関するものである。 The present application relates to a generator motor.

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、および車載バッテリーへの充電を行う界磁巻線式発電機においても、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、車両用発電機には、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。また、さらなる効率向上に向けて、電力変換機能およびセンシング機能などを備える制御装置を一体化し、エンジンのアシスト機能およびアイドリングストップ機能などを実現する制御装置一体型の発電電動機が開発されている。 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 generators that supply electric power consumed by vehicle electrical components and charge in-vehicle batteries. However, in recent years, the number of electrical components and the power consumption due to them have been increasing, and vehicle generators are required to have a larger amount of power generation and high efficiency power generation performance. Further, in order to further improve efficiency, a generator motor integrated with a control device has been developed, which integrates a control device having a power conversion function and a sensing function, and realizes an engine assist function and an idling stop function.

特に、発電電動機では、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、エンジンの始動および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、エンジンの始動およびアシストを行うのに十分な出力を得られるようにするため、発電電動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。このため、回転子の回転位置を精度よく検出するために、検出部と被検出部から構成される回転位置センサーが搭載される。また、発電電動機は、発電量を状況に応じて精度よく制御するために、回転子に界磁巻線を備える。回転子の軸端には、界磁巻線へ電流を供給するスリップリングが搭載されており、スリップリングのリング状の導体部にブラシが接触した状態で回転することで、回転子が回転した状態においても電力を界磁巻線に供給できる。回転位置センサーとスリップリング部材がそれぞれの役割を果たすために、回転位置センサーの被検出部とスリップリング部材が、回転子と同期して回転する必要があるため、回転軸に対する相対的な位置ずれが生じないような、空転を防止する構造が必要となる。さらに、回転位置センサーの被検出部とスリップリングは、それぞれ偏心したり、真円度が低かったりすると、回転位置の検出精度が悪化したり、ブラシとスリップリングの間にスパークが生じて、部品寿命が低下する原因となる。このような課題に対し、回転軸の回転位置検出を高い精度で実現するための構造が提案されている。 In particular, the generator motor has a function as an electric motor for starting and assisting the engine in addition to the power generation function provided by the conventional alternator in order to further improve the fuel efficiency of the automobile. At this time, in order to obtain sufficient output for starting and assisting the engine, the rotational position of the rotor of the generator motor, especially the relative positional relationship between the rotor and the stator, is detected with high accuracy. Is required. Therefore, in order to accurately detect the rotation position of the rotor, a rotation position sensor composed of a detection unit and a detection unit is mounted. Further, the generator motor is provided with a field winding on the rotor in order to accurately control the amount of power generation according to the situation. A slip ring that supplies current to the field winding is mounted on the shaft end of the rotor, and the rotor rotates when the brush rotates in contact with the ring-shaped conductor of the slip ring. Power can be supplied to the field winding even in the state. Since the rotation position sensor and the slip ring member play their respective roles, the detected portion of the rotation position sensor and the slip ring member must rotate in synchronization with the rotor, so that the position is displaced relative to the rotation axis. A structure that prevents slipping is required so that Furthermore, if the detected part of the rotation position sensor and the slip ring are eccentric or have low roundness, the detection accuracy of the rotation position deteriorates or sparks occur between the brush and the slip ring, resulting in parts. It causes a decrease in life. To solve such a problem, a structure for realizing the rotation position detection of the rotating shaft with high accuracy has been proposed.

例えば、特許文献1には、回転軸の先端に回転位置センサー用の磁石部材を搭載し、回転軸と磁石部材とがはめあわされる部分に平面部を備えた電動モータ、およびこれを用いた電動パワーステアリング装置が示されている。この構成により、回転軸に対する磁石の空転を防止することができる。 For example, in Patent Document 1, an electric motor in which a magnet member for a rotation position sensor is mounted on the tip of a rotation shaft and a flat surface portion is provided at a portion where the rotation shaft and the magnet member are fitted, and an electric motor using the same. A power steering device is shown. With this configuration, it is possible to prevent the magnet from idling with respect to the rotating shaft.

また、特許文献2には、回転軸の先端にスリップリングを備える車両用交流発電機が示されている。この中で、回転軸の端部にスリップリングを圧入して固定し、回転子の中に配置された界磁巻線に電力を供給する構造が示されている。 Further, Patent Document 2 discloses an alternator for a vehicle provided with a slip ring at the tip of a rotating shaft. In this structure, a structure is shown in which a slip ring is press-fitted and fixed to the end of a rotating shaft to supply electric power to a field winding arranged in a rotor.

特許第6246325号公報Japanese Patent No. 6246325 特許第2621039号公報Japanese Patent No. 2621039

しかしながら、特許文献1に示された従来の発電電動機では、回転軸の先端部に回転位置センサーの磁石部材を搭載することが示されているのみである。また、特許文献2に記載された回転電機では、回転軸の先端にスリップリングを配置することのみが示されている。発電電動機では、発電機としての機能と、電動機としての機能の、両方の機能を備える。発電機として動作する際に、スリップリングから界磁巻線に電力を供給し、回転子を励磁しながら回転することで、発電する。一方、電動機として動作する際は、界磁巻線にスリップリングから電力を供給して回転子を励磁し、回転位置センサーで回転子の磁極の位置を検知し、固定子に磁極の位置に対応するように磁界を発生させることで回転運動が行われる。 However, in the conventional motor generator shown in Patent Document 1, it is only shown that the magnet member of the rotation position sensor is mounted on the tip end portion of the rotation shaft. Further, in the rotary electric machine described in Patent Document 2, only the slip ring is arranged at the tip of the rotary shaft. The generator motor has both a function as a generator and a function as an electric motor. When operating as a generator, electric power is supplied from the slip ring to the field winding, and the rotor is rotated while being excited to generate electricity. On the other hand, when operating as an electric motor, power is supplied from the slip ring to the field winding to excite the rotor, the position of the rotor's magnetic pole is detected by the rotation position sensor, and the stator corresponds to the position of the magnetic pole. Rotational motion is performed by generating a magnetic field so as to do so.

本願に係わる電力変換装置は、回転軸の周りに設けられた界磁巻線を有する回転子と、
前記回転子の周りに設けられた固定子巻線を有する固定子と、前記固定子巻線に接続され、前記回転子の回転を制御する電力変換装置と、前記回転軸に設けられ前記回転子の前記界磁巻線に電流を供給するスリップリングと、前記回転軸の端部に前記スリップリングに隣接して設けられた磁性体と、前記電力変換装置に前記磁性体に対向して設けられ、前記磁性体の回転による磁力変化から前記回転軸の回転位置を検出する軸回転位置検出部を有する制御回路基板と、を備え、前記磁性体は、前記回転軸の端部に設けられたセンサー台座に埋め込まれ、前記センサー台座に設けられた取付穴と前記回転軸の端部の外径側とはしまりばめにより嵌合され、前記スリップリングは、前記回転軸の周囲を覆う円筒状の樹脂部の外径側に埋め込まれ、前記樹脂部の内径側と前記回転軸の外径側とはしまりばめにより嵌合され、前記センサー台座を構成する部材と、前記スリップリングを構成する部材との線膨張係数が同じものである。

The power conversion device according to the present application includes a rotor having a field winding provided around a rotating shaft and a rotor.
A stator having a stator winding provided around the rotor, a power conversion device connected to the stator winding to control the rotation of the rotor, and a rotor provided on the rotation shaft. A slip ring that supplies current to the field winding, a magnetic material provided adjacent to the slip ring at the end of the rotary shaft, and a magnetic material provided in the power conversion device facing the magnetic material. A control circuit board having a shaft rotation position detection unit that detects the rotation position of the rotation shaft from a change in magnetic force due to the rotation of the magnetic body, wherein the magnetic body is a sensor provided at an end portion of the rotation shaft. It is embedded in the pedestal and fitted to the mounting hole provided in the sensor pedestal and the outer diameter side of the end of the rotating shaft by a fitting, and the slip ring has a cylindrical shape that covers the circumference of the rotating shaft. A member embedded in the outer diameter side of the resin portion, fitted with an inner diameter side of the resin portion and the outer diameter side of the rotary shaft by a fitting, and a member constituting the sensor pedestal and a member constituting the slip ring. And the linear expansion coefficient is the same .

さらに、特許文献1と特許文献2を組み合わせて発電電動機に用いる場合、回転位置センサーの被検出部とスリップリングの配置方法が課題となる。また、回転子の界磁巻線への電力を供給するための制御回路、および固定子の固定子巻線に接続される電力変換装置との組合せ方法および配置などが問題となる。コストアップおよび製品重量・サイズの増大による車両の燃費効率の悪化、生産性の悪化などを招かない工夫が必要となる。 Further, when Patent Document 1 and Patent Document 2 are combined and used in a generator motor, a method of arranging a detected portion of a rotation position sensor and a slip ring becomes an issue. Further, there is a problem in the combination method and arrangement with the control circuit for supplying electric power to the field winding of the rotor and the power conversion device connected to the stator winding of the stator. It is necessary to devise ways to prevent deterioration of vehicle fuel efficiency and productivity due to cost increase and increase in product weight and size.

本願は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、省スペースで、精度高く回転位置を検出できるとともに、界磁巻線に電力を供給するスリップリングとの同軸度を高めた発電電動機を得ることを目的とする。 This application has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to detect the rotation position with high accuracy in a space-saving manner, and to obtain the coaxiality with the slip ring that supplies electric power to the field winding. The purpose is to obtain an enhanced generator motor.

本願に係わる発電電動機は、回転軸の周りに設けられた界磁巻線を有する回転子と、前記回転子の周りに設けられた固定子巻線を有する固定子と、前記固定子巻線に接続され、前記回転子の回転を制御する電力変換装置と、前記回転軸に設けられ前記回転子の前記界磁巻線に電流を供給するスリップリングと、前記回転軸の端部に前記スリップリングに隣接して設けられた磁性体と、前記電力変換装置に前記磁性体に対向して設けられ、前記磁性体の回転による磁力変化から前記回転軸の回転位置を検出する軸回転位置検出部を有する制御回路基板と、を備えたものである。 The generator motor according to the present application includes a rotor having a field winding provided around a rotating shaft, a stator having a stator winding provided around the rotor, and the stator winding. A power conversion device connected to control the rotation of the rotor, a slip ring provided on the rotary shaft to supply a current to the field winding of the rotor, and a slip ring at the end of the rotary shaft. A magnetic material provided adjacent to the shaft and a shaft rotation position detecting unit provided in the power conversion device facing the magnetic material and detecting the rotation position of the rotation shaft from the change in magnetic force due to the rotation of the magnetic material. It is provided with a control circuit board having a control circuit board.

本願の発電電動機では、回転軸の端部に磁性体を設け、回転軸の回転位置検出を精度よく検出するとともに、界磁巻線に電力を供給するスリップリングを回転軸の検出を行う磁性体に隣接して設けたことにより、互いの同軸度を高めることができる。また、軸回転位置検出部を電力変換装置内の制御回路基板に設けることにより、発電電動機全体の省スペースが実現できる。 In the power generation motor of the present application, a magnetic material is provided at the end of the rotating shaft to accurately detect the rotational position of the rotating shaft, and a slip ring that supplies electric power to the field winding detects the rotating shaft. By providing them adjacent to each other, the degree of coaxiality with each other can be increased. Further, by providing the shaft rotation position detection unit on the control circuit board in the power conversion device, it is possible to save space for the entire generator motor.

実施の形態1に係わる発電電動機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the generator motor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係わる発電電動機の回転軸の端部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the end of the rotary shaft of the generator motor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係わる発電電動機の回転軸の軸方向の断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rotating shaft of the generator motor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係わる発電電動機の回転軸の軸方向の断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rotating shaft of the generator motor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係わる発電電動機の回転軸の端部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the end of the rotary shaft of the generator motor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係わる発電電動機の回転軸の軸方向の断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rotating shaft of the generator motor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係わる発電電動機の回転軸の軸方向の断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rotating shaft of the generator motor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態4に係わる発電電動機の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of the generator motor which concerns on Embodiment 4. FIG.

実施の形態1.
以下、本願の実施の形態1を図に基づいて説明する。図1は、実施の形態1による発電電動機を示す断面図である。本実施の形態1で説明する発電電動機は、車両用に使用される発電機と電動機の機能を両方とも備えるものである。発電電動機400は、エンジン動力とつながって回転電機としての機能を有する回転電機部200と、外部のバッテリーと接続して回転エネルギーと電力とを双方向に変換する電力変換装置300とに分かれる。
Embodiment 1.
Hereinafter, Embodiment 1 of the present application will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a generator motor according to the first embodiment. The generator motor described in the first embodiment has both the functions of the generator used for the vehicle and the motor. The generator motor 400 is divided into a rotary electric machine unit 200 which is connected to engine power and has a function as a rotary electric machine, and a power conversion device 300 which is connected to an external battery and converts rotational energy and electric power in both directions.

まず、回転電機部200についての構成を説明する。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に固定されたフロントベアリング11と、リヤブラケット2に固定されたリヤベアリング21と、これらのフロントベアリング11およびリヤベアリング21に回転自在に支持されている回転軸3と、回転軸3の周りに回転軸3と一体に設けられた界磁鉄心41及び界磁巻線42を有する回転子4と、フロントブラケット1及びリヤブラケット2に挟持されて回転子4の周りに設けられた固定子鉄心51及び固定子巻線52を有する固定子5と、が設けられている。また、回転軸3のフロント側の軸端部に固着されたプーリ6を備えている。発電電動機400は、プーリ6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。 First, the configuration of the rotary electric machine unit 200 will be described. The front bracket 1 as a housing, the rear bracket 2 as a housing, the front bearing 11 fixed to the front bracket 1, the rear bearing 21 fixed to the rear bracket 2, and these front bearings 11 and the rear bearing 21 rotate. A freely supported rotary shaft 3, a rotor 4 having a field iron core 41 and a field winding 42 integrally provided around the rotary shaft 3 with the rotary shaft 3, a front bracket 1 and a rear bracket 2 A stator core 51 and a stator 5 having a stator winding 52, which are sandwiched between the rotors and provided around the rotor 4, are provided. Further, a pulley 6 fixed to the shaft end portion on the front side of the rotating shaft 3 is provided. The generator motor 400 is connected to the rotating shaft (not shown) of the engine via a belt (not shown) hung on the pulley 6.

なお、以下の説明において、回転軸3の軸方向の中心部からみて、フロントブラケットが設置されている側を発電電動機400のフロント側、リヤブラケットが設置されている側を発電電動機400のリヤ側と称する。 In the following description, the side where the front bracket is installed is the front side of the generator motor 400, and the side where the rear bracket is installed is the rear side of the generator motor 400 when viewed from the central portion of the rotary shaft 3 in the axial direction. It is called.

発電電動機400の駆動の際の発熱により、回転子4および固定子5の温度が上昇するため、回転子4の軸方向両端面には冷却ファン7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。回転軸3のリヤ側にスリップリング部8が装着され、一対のスリップリング81とこれらを支える樹脂部82が設けられている。回転軸3のリヤ側の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91と、一対のスリップリング81に摺接するようにブラシホルダ91の内部にブラシ支持部92によって支持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81を介して界磁巻線に供給される。 Since the temperatures of the rotor 4 and the stator 5 rise due to the heat generated when the generator motor 400 is driven, cooling fans 7 are provided on both end faces in the axial direction of the rotor 4. The front bracket 1 and the rear bracket 2 are manufactured by die-casting aluminum from the viewpoint of weight reduction and productivity. A slip ring portion 8 is mounted on the rear side of the rotating shaft 3, and a pair of slip rings 81 and a resin portion 82 that supports them are provided. A pair of brush holders 91 attached to the rear bracket 2 so as to be located on the outer periphery of the rear side of the rotating shaft 3 and a pair supported by a brush support portion 92 inside the brush holders 91 so as to be in sliding contact with the pair of slip rings 81. The brush 9 is provided. The field current described later is supplied to the field winding via the pair of brushes 9 and the pair of slip rings 81.

発電電動機400のリヤブラケット2の軸方向外側には、外部の直流電源としての車載バッテリー(図示せず)からの直流電力を交流電力に変換し、または固定子巻線52からの交流電力を直流電力に変換する電力変換装置300を備えている。電力変換装置300は、2組の3相交流回路が構成されたパワー回路部310と、回転子4の界磁巻線42に界磁電流を供給する界磁回路部320と、パワー回路部310及び界磁回路部320を制御する制御回路部330を備える。さらに、電力変換装置300は、これらの回路を覆う、もしくは接続する構造部材(図示せず)から構成される。 On the outside of the rear bracket 2 of the power generation motor 400 in the axial direction, the DC power from the vehicle-mounted battery (not shown) as an external DC power source is converted into AC power, or the AC power from the stator winding 52 is DC. It is provided with a power conversion device 300 for converting into electric power. The power conversion device 300 includes a power circuit unit 310 in which two sets of three-phase AC circuits are configured, a field circuit unit 320 that supplies a field current to the field winding 42 of the rotor 4, and a power circuit unit 310. A control circuit unit 330 for controlling the field circuit unit 320 and the field circuit unit 320 is provided. Further, the power conversion device 300 is composed of a structural member (not shown) that covers or connects these circuits.

発電電動機400の固定子巻線52は、例えば位相が30度ずれた2組の3相の固定子巻線52により構成されており、これらの3相の固定子巻線52は、3相電力変換回路を2組備えたパワー回路部310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。 The stator winding 52 of the generator motor 400 is composed of, for example, two sets of three-phase stator windings 52 that are out of phase by 30 degrees, and these three-phase stator windings 52 have three-phase power. It is configured so that it can be controlled independently by the power circuit unit 310 provided with two sets of conversion circuits.

Y結線された3相の固定子巻線52の各相の端子は、パワー回路部310における6個のパワー半導体素子により構成された電力変換回路の交流側端子に接続されている。パワー回路部310における電力変換回路の直流側端子は、車載バッテリーと平滑コンデンサに接続されている。界磁回路部320は、2個の半導体素子321を介して車載バッテリーに接続されている。 The terminals of each phase of the Y-connected three-phase stator winding 52 are connected to the AC side terminals of the power conversion circuit composed of the six power semiconductor elements in the power circuit unit 310. The DC side terminal of the power conversion circuit in the power circuit unit 310 is connected to an in-vehicle battery and a smoothing capacitor. The field circuit unit 320 is connected to the vehicle-mounted battery via two semiconductor elements 321.

発電電動機400を電動機として動作させるときは、パワー回路部310の電力変換回路がインバータとして動作するように、制御回路部330によりパワー半導体素子がスイッチング制御される。これにより、車載バッテリーからの直流電力は、電力変換回路により交流電力に変換されて固定子巻線52に供給され、固定子巻線52は回転磁界を発生して界磁巻線42が発生する直流磁束と協働して、回転子4を回転させる。このとき、界磁巻線42に流れる界磁電流は、制御回路部330による半導体素子321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 generator motor 400 is operated as an electric motor, the power semiconductor element is switched and controlled by the control circuit unit 330 so that the power conversion circuit of the power circuit unit 310 operates as an inverter. As a result, the DC power from the vehicle-mounted battery is converted into AC power by the power conversion circuit and supplied to the stator winding 52, and the stator winding 52 generates a rotating magnetic field to generate the field winding 42. The rotor 4 is rotated in cooperation with the DC magnetic field. At this time, the field current flowing through the field winding 42 is adjusted as necessary by the switching control of the semiconductor element 321 by the control circuit unit 330.

一方、発電電動機400を発電機として動作させるときは、パワー回路部310の電力変換回路がコンバータとして動作するように、制御回路部330により半導体素子321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4の界磁巻線42による直流磁界により固定子巻線52に発生した交流電力は、電力変換回路により直流電力に変換されて車載バッテリーに供給される。このとき、界磁巻線42に流れる界磁電流は、制御回路部330による半導体素子321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 generator motor 400 is operated as a generator, the semiconductor element 321 is switched and controlled by the control circuit unit 330 so that the power conversion circuit of the power circuit unit 310 operates as a converter. As a result, the AC power generated in the stator winding 52 by the DC magnetic field generated by the field winding 42 of the rotating rotor 4 is converted into DC power by the power conversion circuit and supplied to the vehicle-mounted battery. At this time, the field current flowing through the field winding 42 is adjusted as necessary by the switching control of the semiconductor element 321 by the control circuit unit 330.

図1に示す発電電動機400では、パワー回路部310の信号線接続端子は、制御回路部330における制御回路基板331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、パワー回路部310の各相の交流側端子は、固定子巻線52の各相の端子に接続されている。制御回路部330の制御回路基板331に設けられた制御回路は、リード線接続部(図示せず)を介してエンジン制御装置(図示せず)からのリード線(図示せず)に接続される。 In the generator motor 400 shown in FIG. 1, the signal line connection terminal of the power circuit unit 310 is connected to the control circuit provided on the control circuit board 331 of the control circuit unit 330 via a signal line connection member (not shown). It is connected. Further, the AC side terminals of each phase of the power circuit unit 310 are connected to the terminals of each phase of the stator winding 52. The control circuit provided on the control circuit board 331 of the control circuit unit 330 is connected to the lead wire (not shown) from the engine control device (not shown) via the lead wire connection unit (not shown). ..

制御回路部330は、制御回路基板331と制御回路基板331を収納するための樹脂製のケース(図示せず)を備えている。ケースは、内部に収納された制御回路基板331への塩泥水の浸入を防ぐために、防水カバー(図示せず)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320を構成する半導体素子321は、制御回路基板331と同一基板上に実装する。界磁回路部320を制御回路基板331に搭載することで、別々に回路を構成する場合に対して電力変換装置300を省スペースにできる。 The control circuit unit 330 includes a resin case (not shown) for accommodating the control circuit board 331 and the control circuit board 331. The case has a waterproof structure sealed by a waterproof cover (not shown) or the like in order to prevent salt and muddy water from entering the control circuit board 331 housed therein. The semiconductor element 321 constituting the field circuit unit 320 is mounted on the same substrate as the control circuit board 331. By mounting the field circuit unit 320 on the control circuit board 331, the power conversion device 300 can be saved in space when the circuits are separately configured.

発電電動機400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パワー回路部310を備える。パワー回路部310を構成するパワー半導体素子は、MOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)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。 The generator motor 400 includes a power circuit unit 310 that has both a rectifying function for generated current and a power conversion function such as an inverter. The power semiconductor element constituting the power circuit unit 310 is composed of a switchable power semiconductor element such as a MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor).

界磁巻線42に電力を供給するブラシ9は、界磁巻線42および固定子巻線52と制御回路部330との間に配置される。また、制御回路部330に制御回路基板331が収納されており、この制御回路基板331に搭載された半導体素子321からブラシ9に対して界磁電流が供給される。 The brush 9 that supplies electric power to the field winding 42 is arranged between the field winding 42 and the stator winding 52 and the control circuit unit 330. Further, the control circuit board 331 is housed in the control circuit unit 330, and the field current is supplied to the brush 9 from the semiconductor element 321 mounted on the control circuit board 331.

スリップリング部8には、導体金属製のスリップリング81およびリード部(図示せず)と、回転軸3とスリップリング81およびリード部を絶縁する絶縁性の樹脂部82から構成されている。絶縁性の樹脂部82がスリップリング81の径方向以外の3面を取り囲むように配置されている。このスリップリング部8の樹脂部82は円筒状の形状を有し、その内径側が回転軸3に嵌合するように配置される。ブラシ9がスリップリング部8のスリップリング81に押し当てられた状態で回転軸3が回転すると、ブラシ9がスリップリング81の表面を摺動し、スリップリング部8のリード部と接続された界磁巻線42に電力が供給される。スリップリング部8の絶縁性の樹脂部82が配置されていることで、電力が回転軸3に短絡するのを防止している。 The slip ring portion 8 is composed of a slip ring 81 made of conductor metal and a lead portion (not shown), and an insulating resin portion 82 that insulates the rotating shaft 3 and the slip ring 81 and the lead portion. The insulating resin portion 82 is arranged so as to surround the three surfaces of the slip ring 81 other than the radial direction. The resin portion 82 of the slip ring portion 8 has a cylindrical shape, and its inner diameter side is arranged so as to fit on the rotation shaft 3. When the rotating shaft 3 rotates while the brush 9 is pressed against the slip ring 81 of the slip ring portion 8, the brush 9 slides on the surface of the slip ring 81 and is connected to the lead portion of the slip ring portion 8. Power is supplied to the magnetic winding 42. By arranging the insulating resin portion 82 of the slip ring portion 8, it is possible to prevent the electric power from being short-circuited to the rotating shaft 3.

回転軸3の軸回転位置を検出するための被検出部となる磁性体101を有するセンサー台座10が回転軸3の端部に設けられる。センサー台座10は、リヤ側の回転軸3の端部に配置される。また、軸回転位置検出部332は、センサー台座10の磁性体101に対向して制御回路部330の制御回路基板331の基板上に設けられ、磁性体101の回転による磁力変化から回転軸3の回転位置を検出する。回転軸3の端部からセンサー台座10、スリップリング部8の順番に回転軸3の同軸上に配置される。 A sensor pedestal 10 having a magnetic body 101 as a detected portion for detecting the shaft rotation position of the rotating shaft 3 is provided at an end portion of the rotating shaft 3. The sensor pedestal 10 is arranged at the end of the rotating shaft 3 on the rear side. Further, the shaft rotation position detection unit 332 is provided on the substrate of the control circuit board 331 of the control circuit unit 330 facing the magnetic body 101 of the sensor pedestal 10, and the rotation shaft 3 is changed from the magnetic force change due to the rotation of the magnetic body 101. Detect the rotation position. The sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 are arranged coaxially with the rotating shaft 3 in this order from the end portion of the rotating shaft 3.

実施の形態1による発電電動機400において、センサー台座10とスリップリング部8を同一軸上にそれぞれ設置し、ともに同期回転することが必要になる。また、センサー台座10とスリップリング部8が偏心しないように回転軸3に取り付けねばならず、センサー台座10とスリップリング部8との同軸度が求められる。同軸度を向上するために、同じ回転軸3上にセンサー台座10とスリップリング部8が隣接して設けられるとともに、それぞれ締め代を有するしまりばめにより回転軸3に嵌合固定される。これにより、空転を防止するとともに、回転子4との同期回転が継続して運転可能となる。なお、しまりばめは、軸と穴との嵌合の固定強度を高めるはめあい方法であり、軸の外径寸法をそれと嵌合する穴の内径寸法より締め代分だけ大きくすることによって、穴の周りを変形させながら軸を圧入嵌合させるものである。 In the generator motor 400 according to the first embodiment, it is necessary to install the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 on the same axis, and rotate them in synchronization with each other. Further, the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 must be attached to the rotating shaft 3 so as not to be eccentric, and the coaxiality between the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 is required. In order to improve the coaxiality, the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 are provided adjacent to each other on the same rotating shaft 3, and are fitted and fixed to the rotating shaft 3 by a tight fit having a tightening allowance. As a result, idling is prevented and synchronous rotation with the rotor 4 can be continuously operated. Tightening is a fitting method that increases the fixing strength of the fitting between the shaft and the hole. By making the outer diameter of the shaft larger than the inner diameter of the hole that fits it by the tightening allowance, the hole can be fitted. The shaft is press-fitted while deforming its surroundings.

以上に示したように、実施の形態1に係わる発電電動機400は、回転軸3の周りに設けられた界磁巻線42を有する回転子4と、回転子4の周りに設けられた固定子巻線52を有する固定子5と、固定子巻線52に接続され、回転子4の回転を発電機側にも電動機側にも制御可能な電力変換装置300と、回転軸3に設けられ回転子4の界磁巻線42に電流を供給するスリップリング81と、回転軸3の端部にスリップリング81に隣接して設けられた磁性体101と、電力変換装置300に磁性体101に対向して設けられ、磁性体101の回転による磁力変化から回転軸3の回転位置を検出する軸回転位置検出部332を有する制御回路基板331と、を備えたものである。 As shown above, the generator motor 400 according to the first embodiment has a rotor 4 having a field winding 42 provided around the rotating shaft 3 and a stator provided around the rotor 4. A stator 5 having a winding 52, a power conversion device 300 connected to the stator winding 52 and capable of controlling the rotation of the rotor 4 on both the generator side and the motor side, and a rotation shaft 3 provided for rotation. A slip ring 81 that supplies an electric current to the field winding 42 of the child 4, a magnetic body 101 provided adjacent to the slip ring 81 at the end of the rotary shaft 3, and a power conversion device 300 facing the magnetic body 101. A control circuit board 331 having a shaft rotation position detection unit 332 that detects the rotation position of the rotation shaft 3 from the change in magnetic force due to the rotation of the magnetic body 101.

従って、実施の形態1に係わる発電電動機400では、回転軸3の端部に磁性体101を設け、回転軸3の回転位置検出を精度よく検出するとともに、界磁巻線42に電力を供給するスリップリング81を回転軸3の検出を行う磁性体101に隣接して設けたことにより、互いの同軸度を高めることができる。また、軸回転位置検出部332を電力変換装置300の制御回路基板331に設けることにより、発電電動機400全体の省スペースが実現できる。 Therefore, in the power generator 400 according to the first embodiment, the magnetic body 101 is provided at the end of the rotary shaft 3, the rotation position detection of the rotary shaft 3 is accurately detected, and power is supplied to the field winding 42. By providing the slip ring 81 adjacent to the magnetic body 101 that detects the rotating shaft 3, the degree of coaxiality with each other can be increased. Further, by providing the shaft rotation position detection unit 332 on the control circuit board 331 of the power conversion device 300, the space saving of the entire generator motor 400 can be realized.

また、制御回路基板331には、回転軸3の回転位置を検出する軸回転位置検出部332と、ブラシ9およびスリップリング81を介して回転子4の界磁巻線42に電流を供給する半導体素子321と、が搭載されている。このように回転軸3の端部に、制御回路基板331、センサー台座10、スリップリング部8をまとめて配置することができ、電力変換装置300と回転電機部200との組合せをコンパクトに実現することができる。 Further, the control circuit board 331 is a semiconductor that supplies a current to the field winding 42 of the rotor 4 via a shaft rotation position detection unit 332 that detects the rotation position of the rotation shaft 3 and a brush 9 and a slip ring 81. The element 321 and the element 321 are mounted. In this way, the control circuit board 331, the sensor pedestal 10, and the slip ring portion 8 can be collectively arranged at the end of the rotary shaft 3, and the combination of the power conversion device 300 and the rotary electric machine portion 200 can be compactly realized. be able to.

さらに、同軸度を向上するために、同じ回転軸3上にセンサー台座10とスリップリング部8を隣接して設けるとともに、それぞれ締め代を有するしまりばめにより回転軸3に嵌合固定する。回転軸3の端部の磁性体101は、回転軸3の端部に設けられたセンサー台座10に埋め込まれ、センサー台座10に設けられた取付穴と回転軸の端部の外径側とはしまりばめにより嵌合されている。また、スリップリング81は、回転軸3の周囲を覆う円筒状の樹脂部82の外径側に埋め込まれ、樹脂部82の内径側と回転軸3の外径側とはしまりばめにより嵌合されている。これにより、回転軸3の回転に対して、磁性体101およびスリップリング81の空転を防止するとともに、回転子4との同期回転による継続運転が可能となる。 Further, in order to improve the coaxiality, the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 are provided adjacent to each other on the same rotating shaft 3, and are fitted and fixed to the rotating shaft 3 by a tight fit having a tightening allowance. The magnetic material 101 at the end of the rotating shaft 3 is embedded in the sensor pedestal 10 provided at the end of the rotating shaft 3, and the mounting hole provided in the sensor pedestal 10 and the outer diameter side of the end of the rotating shaft 3 are It is fitted by a tight fit. Further, the slip ring 81 is embedded in the outer diameter side of the cylindrical resin portion 82 that covers the circumference of the rotation shaft 3, and is fitted to the inner diameter side of the resin portion 82 and the outer diameter side of the rotation shaft 3 by fitting. Has been done. This prevents the magnetic body 101 and the slip ring 81 from idling with respect to the rotation of the rotating shaft 3, and enables continuous operation by synchronous rotation with the rotor 4.

また、回転軸3の軸回転位置を検出するための被検出部は、磁性を帯びた磁性体101と、非磁性金属部材から構成されているセンサー台座10とで構成されている。磁性体101は、センサー台座10に埋め込まれ、対向する軸回転位置検出部332に対する面のみが開口し、周囲はセンサー台座10の非磁性金属部材で覆われている。これにより、センサー台座10の非磁性金属部材として、例えば、銅、アルミ、ステンレス鋼およびこれらを基材とする合金のような非磁性金属で構成することで、漏れ磁束および界磁巻線に入力する電流の脈動などによるノイズが、磁石の磁束に重畳すること、また、制御回路基板331の側に放出されることを防止できる。 Further, the detected portion for detecting the shaft rotation position of the rotation shaft 3 is composed of a magnetic material 101 having magnetism and a sensor pedestal 10 made of a non-magnetic metal member. The magnetic body 101 is embedded in the sensor pedestal 10, and only the surface with respect to the facing shaft rotation position detection unit 332 is opened, and the periphery thereof is covered with the non-magnetic metal member of the sensor pedestal 10. As a result, the non-magnetic metal member of the sensor pedestal 10 is composed of, for example, a non-magnetic metal such as copper, aluminum, stainless steel and an alloy based on these, and is input to the leakage magnetic flux and the field winding. It is possible to prevent noise due to the pulsation of the current to be superimposed on the magnetic flux of the magnet and to be emitted to the side of the control circuit board 331.

また、センサー台座10は、回転軸3に直接接するように設ける。センサー台座10は非磁性金属部材としたので、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センサー台座10に作用した場合でも被検出部である磁性体101の位置ずれを防止する効果が向上する。また、位置ずれによる回転位置の検出精度が低下することを回避できる。また、センサー台座10は樹脂などの絶縁部材を間に介することなく、回転軸3からの熱伝導を直接に受けることができる。そのため、ブラシ9、スリップリング部8、界磁巻線42などで発生した熱を外気に露出しているセンサー台座10を通して効率よく放出できる。 Further, the sensor pedestal 10 is provided so as to be in direct contact with the rotation shaft 3. Since the sensor pedestal 10 is made of a non-magnetic metal member, it can be fixed with much higher strength than when an insulating member such as resin is arranged between them. As a result, even when a large rotational acceleration acts on the sensor pedestal 10, the effect of preventing the positional deviation of the magnetic body 101, which is the detected portion, is improved. In addition, it is possible to prevent the accuracy of detecting the rotation position from being lowered due to the misalignment. Further, the sensor pedestal 10 can directly receive heat conduction from the rotating shaft 3 without interposing an insulating member such as resin. Therefore, the heat generated by the brush 9, the slip ring portion 8, the field winding 42, and the like can be efficiently discharged through the sensor pedestal 10 exposed to the outside air.

また、スリップリング部8にスリップリング81は一対設けられる。このうち回転軸3の先端側のスリップリング81の埋め込んだ絶縁性の樹脂部82の端面と、センサー台座10の非磁性金属部材の間に隙間となるクリアランス部を有し、この隙間となるクリアランス部に回転軸3の一部が露出している。このクリアランス部により、センサー台座10の非磁性金属部材とスリップリング81が短絡することを防止することができる。また、センサー台座10を回転軸3の端部に取り付けるための圧入力が絶縁性の樹脂部82に外力としてかかるのを防止することで、絶縁性の樹脂部82が損傷するのを防止できる。なお、センサー台座10とスリップリング部8とのクリアランス部に絶縁性のあるスペーサーを設けてもよい。 Further, a pair of slip rings 81 are provided on the slip ring portion 8. Of these, there is a clearance portion that becomes a gap between the end face of the insulating resin portion 82 embedded in the slip ring 81 on the tip end side of the rotating shaft 3 and the non-magnetic metal member of the sensor pedestal 10, and the clearance that becomes this gap. A part of the rotation shaft 3 is exposed in the portion. This clearance portion can prevent the non-magnetic metal member of the sensor pedestal 10 and the slip ring 81 from being short-circuited. Further, by preventing the pressure input for attaching the sensor pedestal 10 to the end portion of the rotating shaft 3 from being applied as an external force to the insulating resin portion 82, it is possible to prevent the insulating resin portion 82 from being damaged. An insulating spacer may be provided in the clearance portion between the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8.

実施の形態2.
つぎに、実施の形態2に係わる発電電動機400について図に基づいて説明する。図2に、回転軸3の端部近傍について、回転軸3を残して軸方向に切断した断面図を示す。また、図2に示した矢視AAによる断面図を図3に、矢視BBによる断面図を図4に示す。
Embodiment 2.
Next, the generator motor 400 according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the vicinity of the end portion of the rotating shaft 3 cut in the axial direction while leaving the rotating shaft 3. Further, a cross-sectional view taken along the arrow AA shown in FIG. 2 is shown in FIG. 3, and a cross-sectional view taken along the arrow BB is shown in FIG.

図3は、センサー台座10の取付穴と回転軸3との嵌合部を示した断面図である。回転軸3には、センサー台座10と嵌合する部位の一部に、径方向に直行した平面となる平面部3aを備える。この平面部3aに嵌合するように、センサー台座10の取付穴の内径側に平面部10aが形成されている。このように平面部3aおよび10aが噛み合うことにより、回転軸3と、センサー台座10および磁性体101の空転を防止することができる。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a fitting portion between the mounting hole of the sensor pedestal 10 and the rotating shaft 3. The rotating shaft 3 is provided with a flat surface portion 3a which is a plane orthogonal to the radial direction in a part of a portion where the sensor pedestal 10 is fitted. A flat surface portion 10a is formed on the inner diameter side of the mounting hole of the sensor pedestal 10 so as to fit into the flat surface portion 3a. By engaging the flat surface portions 3a and 10a in this way, it is possible to prevent the rotation shaft 3, the sensor pedestal 10, and the magnetic body 101 from slipping.

また、図4は、スリップリング部8と回転軸3との嵌合部を示した断面図である。この図4において、回転軸3には、スリップリング部8の円筒状の樹脂部82の内径側と嵌合する部位の一部に、径方向に直行した平面となる平面部3aを備える。この平面部3aに嵌合するように、スリップリング部8の円筒状の樹脂部82の内径側に平面部82aが形成されている。このように平面部3aおよび82aが噛み合うことにより、回転軸3と、スリップリング部8の空転を防止することができる。 Further, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fitting portion between the slip ring portion 8 and the rotating shaft 3. In FIG. 4, the rotation shaft 3 is provided with a flat surface portion 3a which is a plane orthogonal to the radial direction at a part of a portion of the slip ring portion 8 that fits with the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82. A flat surface portion 82a is formed on the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 of the slip ring portion 8 so as to fit into the flat surface portion 3a. By engaging the flat surface portions 3a and 82a in this way, it is possible to prevent the rotation shaft 3 and the slip ring portion 8 from slipping.

なお、センサー台座10の取付穴の内径側の平面部10a、およびスリップリング部8の円筒状の樹脂部82の内径側の平面部82aは、これらの内径側の平面部10aおよび82aを回転軸3へ圧入する時に、変形により形成させることも可能である。こうすることにより、スリップリング部8およびセンサー台座10の内周にあらかじめ平面部を形成する必要がなく、部品の加工コストが低減できる。さらに、平面部同士が密着した状態に形成できるため、回転方向の衝撃および遠心力による空転に対する耐性が向上する。 The flat surface portion 10a on the inner diameter side of the mounting hole of the sensor pedestal 10 and the flat surface portion 82a on the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 of the slip ring portion 8 rotate around the flat surface portions 10a and 82a on the inner diameter side. It is also possible to form it by deformation when it is press-fitted into 3. By doing so, it is not necessary to form a flat surface portion in advance on the inner circumferences of the slip ring portion 8 and the sensor pedestal 10, and the processing cost of the component can be reduced. Further, since the flat surfaces can be formed in close contact with each other, the resistance to idling due to impact in the rotational direction and centrifugal force is improved.

図2において、回転軸3の端部に設けられたセンサー台座10との嵌合部の外径寸法をDa、スリップリング部8との嵌合部の外径寸法をDb、としたときに、Da=Dbの関係となるように回転軸3が形成されている。このように回転軸3を形成とすることで、センサー台座10との嵌合部で設けられた平面部3aとスリップリング部8との嵌合部で設けられた平面部3aとを連続した同一平面となるように形成することができる。回転軸3の平面部3aを一度の加工で形成可能であり、生産性、加工性に優れる。加工方法は、切削加工、転造加工(ブローチ加工を含む)、プレス加工、鍛造加工、砥粒加工などを用いることが可能である。 In FIG. 2, when the outer diameter of the fitting portion with the sensor pedestal 10 provided at the end of the rotating shaft 3 is Da and the outer diameter of the fitting portion with the slip ring portion 8 is Db. The rotation axis 3 is formed so that the relationship of Da = Db. By forming the rotation shaft 3 in this way, the flat surface portion 3a provided at the fitting portion with the sensor pedestal 10 and the flat surface portion 3a provided at the fitting portion with the slip ring portion 8 are continuously and identically. It can be formed to be a flat surface. The flat surface portion 3a of the rotation shaft 3 can be formed by one processing, and is excellent in productivity and workability. As the processing method, cutting processing, threading processing (including broaching processing), press processing, forging processing, abrasive grain processing and the like can be used.

スリップリング部8が金属部材と樹脂部材から構成されており、スリップリング81を構成する金属部材と、センサー台座10を構成する非磁性金属部材とが同一の線膨張率を備えるようにする。動作中に回転軸3とスリップリング81、センサー台座10が高温となった際に、回転軸3よりもスリップリング81もしくはセンサー台座10の非磁性金属部材の線膨張係数が大きいため、しまりばめの締め代が減少する。このとき、各部材の膨張によって締め代がなくなるもしくは、嵌合部に隙間が生じて、”がた”ができると回転軸3の回転位置の検出精度が低下する。これを防止するために、あらかじめ締め代を大きくすると、センサー台座10およびスリップリング部8を回転軸3に圧入する際に、これらの部材の変形が大きくなり、割れまたは裂けの原因となる。センサー台座10とスリップリング81の線膨張係数を同じにすることで、回転軸3との締め代を同じにすることができ、圧入時に割れまたは裂けが生じるのを回避しつつ、空転を防止できる。 The slip ring portion 8 is composed of a metal member and a resin member, so that the metal member constituting the slip ring 81 and the non-magnetic metal member constituting the sensor pedestal 10 have the same linear expansion rate. When the temperature of the rotating shaft 3, the slip ring 81, and the sensor pedestal 10 becomes high during operation, the linear expansion coefficient of the non-magnetic metal member of the slip ring 81 or the sensor pedestal 10 is larger than that of the rotating shaft 3, so that the slip ring 81 or the sensor pedestal 10 has a larger linear expansion coefficient. Tightening allowance is reduced. At this time, if there is no tightening allowance due to the expansion of each member, or if a gap is formed in the fitting portion and "roughness" is formed, the detection accuracy of the rotational position of the rotating shaft 3 is lowered. In order to prevent this, if the tightening allowance is increased in advance, when the sensor pedestal 10 and the slip ring portion 8 are press-fitted into the rotating shaft 3, the deformation of these members becomes large, which causes cracking or tearing. By making the linear expansion coefficient of the sensor pedestal 10 and the slip ring 81 the same, the tightening allowance with the rotating shaft 3 can be made the same, and slipping can be prevented while avoiding cracking or tearing during press fitting. ..

実施の形態3.
つぎに、実施の形態3に係わる発電電動機400について図に基づいて説明する。図5に、回転軸3の端部近傍について、回転軸3を残して軸方向に切断した断面図を示す。また、図5に示した矢視AAによる断面図を図6に、矢視BBによる断面図を図7に示す。
Embodiment 3.
Next, the generator motor 400 according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the vicinity of the end portion of the rotating shaft 3 cut in the axial direction while leaving the rotating shaft 3. Further, FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along the arrow AA shown in FIG. 5, and FIG. 7 shows a cross-sectional view taken along the arrow BB.

本実施の形態では、センサー台座10に設けられた取付穴の内径側に嵌合する回転軸3の端部の外周部と、スリップリング81が埋め込まれた円筒状の樹脂部82の内径側と嵌合する回転軸3の外周部に、径方向に突出した筋状の突出部3bを複数設けたものである。図5の回転軸3の縦じまに示すように突出部3bが形成される。また、矢視AAのセンサー台座10の断面図で示すと、図6のように突出部3bが形成されている。また、突出部3bに嵌合するようにセンサー台座10の取付穴の内径側に溝部10bが形成されている。このように突出部3bおよび溝部10bが噛み合うことにより、回転軸3と、センサー台座10および磁性体101の空転を防止することができる。 In the present embodiment, the outer peripheral portion of the end portion of the rotating shaft 3 fitted to the inner diameter side of the mounting hole provided in the sensor pedestal 10 and the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 in which the slip ring 81 is embedded. A plurality of streaky protruding portions 3b protruding in the radial direction are provided on the outer peripheral portion of the rotating shaft 3 to be fitted. As shown by the vertical stripes of the rotation shaft 3 in FIG. 5, the protrusion 3b is formed. Further, as shown in the cross-sectional view of the sensor pedestal 10 of the arrow-viewing AA, the protruding portion 3b is formed as shown in FIG. Further, a groove portion 10b is formed on the inner diameter side of the mounting hole of the sensor pedestal 10 so as to fit into the protruding portion 3b. By engaging the protruding portion 3b and the groove portion 10b in this way, it is possible to prevent the rotating shaft 3, the sensor pedestal 10 and the magnetic body 101 from idling.

図7に示すように、スリップリング部8の円筒状の樹脂部82の内径側においても、センサー台座10の場合と同様に、回転軸3の突出部3bに嵌合するようにスリップリング部8の樹脂部82の内径側に溝部82bが形成される。このような構成にすることによって、発電電動機400に高いトルクが作用する場合、または回転子4に高い加速度が作用する場合に、突出部3bを複数個設けることで、空転防止作用が向上する。さらに、突出部3bを複数個設ける場合、突出部3bの一つ当たりの嵌合部分を小さくすることができる。そのため、しまりばめによる嵌合時のスリップリング部8の樹脂部82の内径部およびセンサー台座10の取付穴の内径部への塑性変形量を減少できる。この結果、スリップリング部8の樹脂部82の割れ、またはセンサー台座10の非磁性金属部材の割れなどが生じるのを防止できる。また、変形量が小さいため、スリップリング部8の樹脂部82およびセンサー台座10の非磁性金属部材に、弾性率およびヤング率がより大きい部材を選定できるようになり、固定強度が向上できるため、空転を防止する効果が向上する。 As shown in FIG. 7, the slip ring portion 8 is also fitted to the protruding portion 3b of the rotation shaft 3 on the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 of the slip ring portion 8 as in the case of the sensor pedestal 10. A groove 82b is formed on the inner diameter side of the resin portion 82 of the above. With such a configuration, when a high torque acts on the generator motor 400 or a high acceleration acts on the rotor 4, a plurality of protrusions 3b are provided to improve the slip prevention effect. Further, when a plurality of protruding portions 3b are provided, the fitting portion per protruding portion 3b can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the amount of plastic deformation to the inner diameter portion of the resin portion 82 of the slip ring portion 8 and the inner diameter portion of the mounting hole of the sensor pedestal 10 at the time of fitting by tight fitting. As a result, it is possible to prevent the resin portion 82 of the slip ring portion 8 from cracking or the non-magnetic metal member of the sensor pedestal 10 from cracking. Further, since the amount of deformation is small, it becomes possible to select a member having a larger elastic modulus and Young's modulus for the resin portion 82 of the slip ring portion 8 and the non-magnetic metal member of the sensor pedestal 10, and the fixing strength can be improved. The effect of preventing slipping is improved.

また、センサー台座10の取付穴の内径側に溝部10bおよび、スリップリング部8の円筒状の樹脂部82の内径側の溝部82bの形成は、突出部3bを有する回転軸3に嵌合入力することによって形成可能である。これにより、スリップリング部8およびセンサー台座10の内周にあらかじめ溝部を形成する必要がなく、部品の加工コストが低減される。さらに、平面部同士が密着した状態に形成できるため、回転方向の衝撃および遠心力による空転に対する耐性が向上する。 Further, the formation of the groove portion 10b on the inner diameter side of the mounting hole of the sensor pedestal 10 and the groove portion 82b on the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 of the slip ring portion 8 is fitted and input to the rotation shaft 3 having the protrusion 3b. It can be formed by. As a result, it is not necessary to form a groove portion in advance on the inner circumferences of the slip ring portion 8 and the sensor pedestal 10, and the processing cost of the component is reduced. Further, since the flat surfaces can be formed in close contact with each other, the resistance to idling due to impact in the rotational direction and centrifugal force is improved.

実施の形態4.
つぎに、実施の形態4を図に基づいて説明する。図8は、実施の形態4による発電電動機400の一部を示した断面図である。回転軸3にリヤベアリング21の内輪部が締め代をもったしまりばめによって嵌合固定されている。回転軸3のセンサー台座10との嵌合部の外径Ea、回転軸3のスリップリング部8との嵌合部の外径をEb、回転軸3のリヤベアリングとの嵌合部の外径をEcとした際に、Ea<Eb<Ecの順になるように回転軸3が形成されている。すなわち、回転軸3の軸端からセンサー台座10、スリップリング部8、リヤベアリング21の順に隣接して配置されている。その間において、スリップリング81が埋め込まれた円筒状の樹脂部82の内径側と嵌合する回転軸3の外径寸法Ebが、センサー台座10に設けられた取付穴の内径側に嵌合する回転軸3の端部の外径寸法Eaよりも大きいこと。さらに、リヤベアリング21の内輪と嵌合する回転軸3の外径寸法Ecが、スリップリング81が埋め込まれた円筒状の樹脂部82の内径側と嵌合する回転軸3の外径寸法Ebよりも大きいこととなる。
Embodiment 4.
Next, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of the generator motor 400 according to the fourth embodiment. The inner ring portion of the rear bearing 21 is fitted and fixed to the rotating shaft 3 by a tight fit with a tightening margin. The outer diameter Ea of the fitting portion of the rotating shaft 3 with the sensor pedestal 10, the outer diameter of the fitting portion of the rotating shaft 3 with the slip ring portion 8 is Eb, and the outer diameter of the fitting portion of the rotating shaft 3 with the rear bearing. When Ec is set to, the rotation shaft 3 is formed in the order of Ea <Eb <Ec. That is, the sensor pedestal 10, the slip ring portion 8, and the rear bearing 21 are arranged adjacent to each other in this order from the shaft end of the rotating shaft 3. In the meantime, the rotation in which the outer diameter dimension Eb of the rotation shaft 3 that fits with the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 in which the slip ring 81 is embedded fits on the inner diameter side of the mounting hole provided in the sensor pedestal 10. It should be larger than the outer diameter dimension Ea at the end of the shaft 3. Further, the outer diameter dimension Ec of the rotary shaft 3 that fits with the inner ring of the rear bearing 21 is from the outer diameter dimension Eb of the rotary shaft 3 that fits with the inner diameter side of the cylindrical resin portion 82 in which the slip ring 81 is embedded. Will also be large.

このように構成することで、発電電動機400を組み立てる際にリヤベアリング21およびスリップリング部8を、回転軸3の軸端部から順に圧入することができ、組み立てが容易になる。また、より嵌合部に負荷が大きいリヤベアリング21の嵌合部の直径が大きくなるため、嵌合部の固定力が向上する。 With this configuration, when assembling the generator motor 400, the rear bearing 21 and the slip ring portion 8 can be press-fitted in order from the shaft end portion of the rotating shaft 3, and the assembly becomes easy. Further, since the diameter of the fitting portion of the rear bearing 21 having a larger load on the fitting portion is increased, the fixing force of the fitting portion is improved.

また、回転子4に冷却ファン7を備え、センサー台座10の外径寸法をFa、スリップリング部8の外径寸法をFb、リヤベアリング21の外径寸法をFcとしたときに、Fa<Fb<Fcとなるように各部材が構成されている。すなわち、回転軸3には、軸端からセンサー台座10、スリップリング部8、リヤベアリング21の順に隣接して配置され、センサー台座10の外径寸法Fa、スリップリング部8の外径寸法Fb、リヤベアリング21の外径寸法Fcの順に寸法が増大するように構成したものである。 Further, when the rotor 4 is provided with the cooling fan 7, the outer diameter of the sensor pedestal 10 is Fa, the outer diameter of the slip ring portion 8 is Fb, and the outer diameter of the rear bearing 21 is Fc, Fa <Fb. <Each member is configured to be Fc. That is, the sensor pedestal 10, the slip ring portion 8, and the rear bearing 21 are arranged adjacent to the rotating shaft 3 in this order from the shaft end, and the outer diameter dimension Fa of the sensor pedestal 10 and the outer diameter dimension Fb of the slip ring portion 8 are arranged. The size of the rear bearing 21 is configured to increase in the order of the outer diameter Fc.

これにより、冷却風が冷却ファン7に向かって図8の風路Waのように効率よく供給され、センサー台座10、スリップリング部8、リヤベアリング21の順に冷却される。これは、センサー台座10、スリップリング部8、リヤベアリング21の順に外径部が大きくなっていくことで、冷却風の流れる風路Waの片側の壁を形成し、冷却ファン7に導くように配置されることによって風路Waの圧力損失が減少することに起因したものである。この結果、センサー台座10、スリップリング部8、リヤベアリング21の外径部に冷却風があたり、リヤブラケット2のすき間から風路Wbによって外部に熱を放出することができる。 As a result, the cooling air is efficiently supplied toward the cooling fan 7 as shown in the air passage Wa in FIG. 8, and the sensor pedestal 10, the slip ring portion 8, and the rear bearing 21 are cooled in this order. This is because the outer diameter portion increases in the order of the sensor pedestal 10, the slip ring portion 8, and the rear bearing 21, so that a wall on one side of the air passage Wa through which the cooling air flows is formed and guided to the cooling fan 7. This is due to the fact that the pressure loss of the air passage Wa is reduced by the arrangement. As a result, the cooling air hits the outer diameter portions of the sensor pedestal 10, the slip ring portion 8, and the rear bearing 21, and heat can be released to the outside by the air passage Wb from the gap of the rear bracket 2.

制御回路部330に設置された制御回路基板331の上に軸回転位置検出部332を備えた。また、同じ制御回路基板331に半導体素子321が搭載され、制御回路部330により半導体素子321を通電制御するための信号配線が制御回路基板331のパターン配線で構成されている。この回路によって、界磁巻線42へ供給される電流を制御する。
また、半導体素子321から供給される界磁電流は、回転軸3の端部に設けられたブラシ9からスリップリング81によって供給される。このブラシ9への配線を軸端部にまとめたことにより、また、これらの回路が軸端部に設けられた制御回路基板331に搭載されていることで、電力変換装置300を省スペースにできる。
The shaft rotation position detection unit 332 is provided on the control circuit board 331 installed in the control circuit unit 330. Further, the semiconductor element 321 is mounted on the same control circuit board 331, and the signal wiring for energizing and controlling the semiconductor element 321 by the control circuit unit 330 is composed of the pattern wiring of the control circuit board 331. This circuit controls the current supplied to the field winding 42.
Further, the field current supplied from the semiconductor element 321 is supplied by the slip ring 81 from the brush 9 provided at the end of the rotating shaft 3. By consolidating the wiring to the brush 9 at the shaft end and mounting these circuits on the control circuit board 331 provided at the shaft end, the power conversion device 300 can be saved in space. ..

電力変換装置300の一部が冷却風の冷却風路の片側の壁を構成しており、センサー台座10、スリップリング部8、リヤベアリング21の外径部で構成される壁と組み合わされることで、冷却の風路WaおよびWbが形成される。電力変換装置300が省スペースに構成できるようになることで、冷却風路の風路断面積を拡大できる。これにより、冷却風の風路の圧力損失を低減でき、冷却風量を増加することが可能となる。これにより、発電電動機400を構成するために、回転軸3の端部にスリップリング部8と、回転位置センサーの被検出部となるセンサー台座10を配置して、構成部品が増加しても冷却風量が減少することがなく、発電電動機400の放熱性が失われない。以上の効果により、小型軽量で、高い生産性を備え、トルク出力、発電出力の効率が高い発電電動機400を得ることが可能となる。 A part of the power conversion device 300 constitutes a wall on one side of the cooling air passage of the cooling air, and is combined with a wall composed of the sensor pedestal 10, the slip ring portion 8, and the outer diameter portion of the rear bearing 21. , Cooling air passages Wa and Wb are formed. Since the power conversion device 300 can be configured in a space-saving manner, the cross-sectional area of the cooling air passage can be expanded. As a result, the pressure loss in the air passage of the cooling air can be reduced, and the amount of the cooling air can be increased. As a result, in order to configure the generator motor 400, a slip ring portion 8 and a sensor pedestal 10 to be a detected portion of the rotation position sensor are arranged at the end of the rotation shaft 3, and cooling is performed even if the number of components increases. The air volume does not decrease, and the heat dissipation of the generator motor 400 is not lost. Due to the above effects, it is possible to obtain a generator motor 400 that is compact and lightweight, has high productivity, and has high torque output and power generation output efficiency.

本願は、様々な例示的な実施の形態およ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、およ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、本願明細書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 application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, 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 herein. 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、11 フロントベアリング、2 リヤブラケット、21 リヤベアリング、3 回転軸、3a 平面部、3b 突出部、4 回転子、41 界磁鉄心、42 界磁巻線、5 固定子、51 固定子鉄心、52 固定子巻線、6 プーリ、7 冷却ファン、8 スリップリング部、81 スリップリング、82 樹脂部、82a 平面部、82b 溝部、9 ブラシ、91 ブラシホルダ、92 ブラシ支持部、10 センサー台座、10a 平面部、10b 溝部、101 磁性体、200 回転電機部、300 電力変換装置、310 パワー回路部、320 界磁回路部、321 半導体素子、330 制御回路部、331 制御回路基板、332 軸回転位置検出部、400 発電電動機。 1 Front bracket, 11 Front bearing, 2 Rear bracket, 21 Rear bearing, 3 Rotating shaft, 3a Flat part, 3b Protruding part, 4 Rotor, 41 Field iron core, 42 Field winding, 5 Stator, 51 Stator Iron core, 52 Stator winding, 6 pulley, 7 cooling fan, 8 slip ring part, 81 slip ring, 82 resin part, 82a flat part, 82b groove part, 9 brush, 91 brush holder, 92 brush support part, 10 sensor pedestal 10a flat part, 10b groove part, 101 magnetic material, 200 rotary electric machine part, 300 power conversion device, 310 power circuit part, 320 field circuit part, 321 semiconductor element, 330 control circuit part, 331 control circuit board, 332 axis rotation Position detector, 400 generator motor.

Claims (14)

回転軸の周りに設けられた界磁巻線を有する回転子と、
前記回転子の周りに設けられた固定子巻線を有する固定子と、
前記固定子巻線に接続され、前記回転子の回転を制御する電力変換装置と、
前記回転軸に設けられ前記回転子の前記界磁巻線に電流を供給するスリップリングと、
前記回転軸の端部に前記スリップリングに隣接して設けられた磁性体と、
前記電力変換装置に前記磁性体に対向して設けられ、前記磁性体の回転による磁力変化から前記回転軸の回転位置を検出する軸回転位置検出部を有する制御回路基板と、
を備え
前記磁性体は、前記回転軸の端部に設けられたセンサー台座に埋め込まれ、前記センサー台座に設けられた取付穴と前記回転軸の端部の外径側とはしまりばめにより嵌合され、
前記スリップリングは、前記回転軸の周囲を覆う円筒状の樹脂部の外径側に埋め込まれ、前記樹脂部の内径側と前記回転軸の外径側とはしまりばめにより嵌合され、
前記センサー台座を構成する部材と、前記スリップリングを構成する部材との線膨張係数が同じであることを特徴とする発電電動機。
A rotor with a field winding provided around the axis of rotation,
A stator having a stator winding provided around the rotor, and a stator,
A power conversion device connected to the stator winding and controlling the rotation of the rotor,
A slip ring provided on the rotating shaft and supplying a current to the field winding of the rotor,
A magnetic material provided adjacent to the slip ring at the end of the rotating shaft, and
A control circuit board provided in the power conversion device facing the magnetic body and having a shaft rotation position detecting unit for detecting the rotation position of the rotation shaft from a change in magnetic force due to the rotation of the magnetic body.
Equipped with
The magnetic material is embedded in a sensor pedestal provided at the end of the rotating shaft, and is fitted to the mounting hole provided in the sensor pedestal and the outer diameter side of the end of the rotating shaft by a fitting. ,
The slip ring is embedded in the outer diameter side of a cylindrical resin portion that covers the circumference of the rotation shaft, and is fitted by fitting the inner diameter side of the resin portion and the outer diameter side of the rotation shaft.
A generator motor characterized in that the member constituting the sensor pedestal and the member constituting the slip ring have the same linear expansion coefficient .
前記制御回路基板には、前記回転軸の回転位置を検出する軸回転位置検出部と、前記スリップリングを介して前記回転子の前記界磁巻線に電流を供給する半導体素子と、が搭載されていることを特徴とする請求項1に記載の発電電動機。 The control circuit board is equipped with a shaft rotation position detecting unit that detects the rotation position of the rotation shaft, and a semiconductor element that supplies a current to the field winding of the rotor via the slip ring. The power generation motor according to claim 1, wherein the motor is characterized by the above. 前記スリップリングは、前記回転軸の周囲を覆う円筒状の前記樹脂部の外径側に径方向以外の3面を取り囲むように埋め込まれていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発電電動機。 The slip ring according to claim 1 or 2, wherein the slip ring is embedded in the outer diameter side of the cylindrical resin portion that covers the circumference of the rotation axis so as to surround three surfaces other than the radial direction . The generator motor described. 前記センサー台座は非磁性金属で構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発電電動機。 The generator motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor pedestal is made of a non-magnetic metal . 前記回転軸の端部に設けられた前記センサー台座と、前記センサー台座に隣接して設けられた前記スリップリングが埋め込まれた前記樹脂部との間には、隙間があることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発電電動機。 A claim characterized in that there is a gap between the sensor pedestal provided at the end of the rotating shaft and the resin portion in which the slip ring provided adjacent to the sensor pedestal is embedded. The generator motor according to any one of claims 1 to 4 . 前記センサー台座に設けられた前記取付穴の内径側と、前記取付穴と嵌合する前記回転軸の端部の外径側の一部とに平面部を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発電電動機。 The first aspect of the present invention is characterized in that a flat surface portion is provided on the inner diameter side of the mounting hole provided on the sensor pedestal and a part of the outer diameter side of the end portion of the rotating shaft that fits the mounting hole. The generator motor according to any one of claims 5 . 前記スリップリングが埋め込まれた円筒状の前記樹脂部の内径側と、前記樹脂部の内径側に嵌合する前記回転軸の外径側の一部とに平面部を有することを特徴とする請求項に記載の発電電動機。 A claim characterized by having a flat surface portion on the inner diameter side of the cylindrical resin portion in which the slip ring is embedded and a part of the outer diameter side of the rotating shaft fitted to the inner diameter side of the resin portion. Item 6. The generator motor according to Item 6. 前記センサー台座に設けられた前記取付穴の内径側に嵌合する前記回転軸の端部の外径側の前記平面部と、前記スリップリングが埋め込まれた円筒状の前記樹脂部の内径側と嵌合する前記回転軸の外径側の平面部と、が連続した同一平面であることを特徴とする請求項に記載の発電電動機。 The flat surface portion on the outer diameter side of the end portion of the rotation shaft fitted to the inner diameter side of the mounting hole provided on the sensor pedestal, and the inner diameter side of the cylindrical resin portion in which the slip ring is embedded. The power generation motor according to claim 7 , wherein the flat surface portion on the outer diameter side of the rotating shaft to be fitted is continuously coplanar . 前記センサー台座に設けられた前記取付穴の内径側に嵌合する前記回転軸の端部の外径寸法と、前記スリップリングが埋め込まれた円筒状の前記樹脂部の内径側と嵌合する前記回転軸の外径寸法と、が同じ寸法であることを特徴とする請求項8に記載の発電電動機。 The outer diameter dimension of the end of the rotating shaft that fits on the inner diameter side of the mounting hole provided on the sensor pedestal and the inner diameter side of the cylindrical resin portion into which the slip ring is embedded. The power generator according to claim 8, wherein the outer diameter of the rotating shaft is the same as the outer diameter . 前記センサー台座に設けられた前記取付穴の内径側に嵌合する前記回転軸の端部の外周部と、前記スリップリングが埋め込まれた円筒状の前記樹脂部の内径側と嵌合する前記回転軸の外周部とに、前記回転軸の軸方向に沿って径方向に突出した筋状の突出部が複数設けられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発電電動機。 The rotation that fits the outer peripheral portion of the end of the rotating shaft that fits on the inner diameter side of the mounting hole provided in the sensor pedestal and the inner diameter side of the cylindrical resin portion in which the slip ring is embedded. 6 . The generator motor described. 前記スリップリングが埋め込まれた円筒状の前記樹脂部の内径側と嵌合する前記回転軸の外径寸法が、前記センサー台座に設けられた前記取付穴の内径側に嵌合する前記回転軸の端部の外径寸法よりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発電電動機。 The outer diameter of the rotating shaft that fits with the inner diameter side of the cylindrical resin portion in which the slip ring is embedded is the outer diameter of the rotating shaft that fits into the inner diameter side of the mounting hole provided in the sensor pedestal. The generator motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the motor is larger than the outer diameter of the end portion . 前記回転軸には、軸端から前記センサー台座、前記スリップリングの順に隣接してベアリングを有し、前記ベアリングの内輪と嵌合する前記回転軸の外径寸法が、前記スリップリングが埋め込まれた円筒状の前記樹脂部の内径側と嵌合する前記回転軸の外径寸法よりも大きいことを特徴とする請求項11に記載の発電電動機。 The rotating shaft has a bearing adjacent to the sensor pedestal and the slip ring in this order from the shaft end, and the slip ring is embedded in the outer diameter dimension of the rotating shaft that fits with the inner ring of the bearing. The power generation motor according to claim 11 , wherein the power generation motor is larger than the outer diameter dimension of the rotary shaft fitted to the inner diameter side of the cylindrical resin portion . 前記回転軸には、軸端から前記センサー台座、前記スリップリングの順に隣接してベアリングを有し、前記センサー台座の外径寸法、前記スリップリングの外径寸法、前記ベアリングの外径寸法の順に寸法が増大するように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発電電動機。 The rotating shaft has bearings adjacent to the sensor pedestal and the slip ring in this order from the shaft end, and the outer diameter dimension of the sensor pedestal, the outer diameter dimension of the slip ring, and the outer diameter dimension of the bearing are in this order. The generator motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the motor is configured to have an increased size . 前記制御回路基板を含む制御回路部には、前記固定子巻線に接続され、前記回転子の回転を制御する電力変換装置の制御回路が組み込まれていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発電電動機。 1 . Item 2. The generator motor according to item 2.
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