JP6995163B2 - Generator motor - Google Patents
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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
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,
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
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
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.
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。
Hereinafter,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
Next, the
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
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
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
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
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
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。
Next, the
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
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
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
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
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
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
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
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
Further, the field current supplied from the
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
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
Claims (14)
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 .
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