KR100727744B1

KR100727744B1 - 차량용 회전 전기기계 장치

Info

Publication number: KR100727744B1
Application number: KR1020057023451A
Authority: KR
Inventors: 마사루 쿠리바야시; 요시히토 아사오
Original assignee: 미츠비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: EP1737106A1; US20060138979A1; KR20060032142A; EP1737106B1; CN100511927C; WO2005101620A1; JP2005304199A; US7345439B2; CN1788405A; EP1737106A4

Abstract

과제

종래로부터의 시동 발전을 행하는 회전 전기기계는, 인버터와 회전 전기기계 본체는 별체로 구성되어 있고, 회전 전기기계와 인버터 사이에는 3상 하니스를 가지며, 여기의 부위에서의 전압 드롭이나 손실에 의해, 동일한 가동 전류시(인버터의 열적 제한에 의해 정해진다), 시동 및 발전 출력, 효율의 향상에는 한계가 있었다.

해결 수단

인버터 유닛(22)이 리어 브래킷(44)에 일체로 부착되고, 회전 전기기계(20)의 축방향 단면상에 일체 탑재되어 있기 때문에, 접속되는 하니스류를 단축할 수 있어서, 하니스의 중량 저감이나 내외란 노이즈성의 향상이 도모된다. 또한, 회전자(40)로서 영구자석(40c, 40d)을 부가한 클로-폴형의 회전자를 구성하고 있기 때문에, 인버터 기저 전류가 저감됨에 의해 인버터 유닛(22)의 사이즈를 소형화할 수 있고, 상기 시동 발전 전기기계에 일체 탑재할 수 있다.

회전 전기기계, 자동차, 하이브리드

Description

차량용 회전 전기기계 장치{ROTARY ELECTRIC MACHINE FOR VEHICLE}

본 발명은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 탑재되는 차량용 회전 전기기계 장치, 특히 회전 전기기계와 그 회전 전기기계를 제어하는 인버터 유닛을 조합하고, 시동 전동기와 발전기의 양 기능을 갖도록 한 차량용 회전 전기기계 장치에 관한 것이다.

근래, 지구 온난화 방지를 배경으로 CO2의 배출량 삭감이 요구되고 있다. 그리고, 자동차에 있어서 CO2의 삭감은, 연비 성능의 향상을 의미하고 있고, 그 해결책의 하나로서, 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)의 개발, 실용화가 진행되고 있다.

특히, 하이브리드 자동차에 탑재되는 회전 전기기계에 요구된 기능으로서는, 차량 정지시의 아이들링 스톱, 감속 주행중의 에너지 회생, 가속 주행중의 토크 어시스트 등이고, 이들의 실현에 의해 연비 성능의 향상이 가능하게 되어 있다.

그리고, 이를 위한 회전 전기기계로서 전동 발전기가 엔진의 외측에 횡치식으로 탑재되고, 벨트가 전동 발전기와 크랭크 축 풀리의 사이에 걸쳐져, 전동 발전기와 엔진 사이에서 쌍방향의 구동력 전달이 행하여지도록 되어 있다.

그리고, 전동시에는, 배터리의 직류 전력이 인버터에 의해 교류 전력으로 변 환된다. 이 교류 전력이 전동 발전기에 공급되고, 전동 발전기가 회전 구동된다. 이 회전력이 벨트를 통하여 엔진에 전달되고, 엔진이 시동된다. 한편, 발전시에는, 엔진의 구동력의 일부가 벨트를 통하여 전동 발전기에 전달되고, 교류 전력이 발생한다. 이 교류 전력이 인버터에 의해 직류 전력으로 변환되고, 배터리에 축적된다.

그리고, 이런 종류의 종래 기술로서, 예를 들면 특허 문헌 1 또는 2에서는, 회전 전기기계의 지름 방향 외주 또는 축방향단면에 추설(追設)된 인버터와, 해당 회전 전기기계의 냉각 팬에 의한 회전 전기기계와 인버터의 냉각 구조에 관해 기술되어 있지만, 반드시 해당하는 회전 전기기계의 특성을 발휘하는데 충분한 인버터 장치의 사이즈나, 일체 탑재하기 위한 인버터의 소형화의 방책 등에 관해서는 아무것도 개시되어 있지 않다.

특허 문헌 1 : 특개평11-122875호 공보(단락 0025 내지 0034 및 도 1)

특허 문헌 2 : 특개평11-27903호 공보(단락 0013 내지 0018 및 도 1)

발명이 해결하고자 하는 과제

종래로부터의 시동 발전을 행하는 회전 전기기계는, 인버터와 회전 전기기계 본체는 별체로 구성되어 있고, 회전 전기기계와 인버터 사이에는 3상 하니스를 가지며, 이 부위에서의 전압 드롭이나 손실에 의해, 동일한 가동 전류시(電流時)(인버터의 열적 제한에 의해 정해진다), 시동 및 발전 출력, 효율의 향상에는 한계가 있었다.

또한 인버터에는 전용의 냉각 구조가 필요하고, 사이즈가 커지고 비용도 고가이고, 차량 등에 탑재하는 경우, 작업이 번잡한데다가, 회전 전기기계의 출력을 정하는 가동 전류의 증대에도 한계가 있다.

더욱이, 3상 하니스에 의해 인버터와 회전 전기기계 본체는 연결되기 때문에, 탑재시의 작업이 번잡하고, 비용도 고가였다. 더하여, 이 3상 하니스는 인버터에 의한 스위칭 잡음이 반송되고 있고, 이 노이즈도 탑재를 검토하는데 큰 장애로 되어 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 계자 권선을 갖는 회전자와, 상기 회전자의 외주에 배신된, 고정자 권선(卷線)을 갖는 고정자로 구성되고, 발전 시동을 행하는 회전 전기기계와, 상기 회전 전기기계의 시동 전동기 운전시에 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 고정자 권선에 공급함과 함께, 상기 회전 전기기계의 발전기 운전시에 상기 고정자 권선에서 발생하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고 상기 배터리를 충전하는 인버터 유닛을 구비한 차량용 회전 전기기계 장치에 있어서, 상기 인버터 유닛은, 상기 회전 전기기계에 일체적으로 탑재됨과 함께, 상기 고정자 권선과 전기적으로 접속되고 상기 회전자는, 서로 인접하는 자극이 이극(異極)을 이루도록 형성된 자극부와 계자 권선을 갖는 원통부로 이루어지는 회전자 철심과, 상기 자극부 사이에 배치되고, 상기 계자 권선과 함께 고정자 철심에 자속을 공급하는 영구자석을 포함함과 함께, 상기 영구자석에 의한 자속은 상기 회전 전기기계의 실사용 회전 속도 범위에서, 무여자(無勵磁) 무부하 유기 전압 또는 최저 전기 부하 발전 상태에 있어서의 무여자 유기 전압이, 배터리 전압을 초과하지 않도록 조정되어 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 회전 전기기계와 해당 회전 전기기계를 제어하는 인버터 유닛을 조합하고, 시동 전동기와 발전기의 양 기능을 갖도록 한 차량용 회전 전기기계 장치에 있어서, 회전자의 자극 사이에 배열 구비된 영구자석에 의해 총 자속량을 증가시켜 인버터 전류를 억제하는 것이 가능하게 되고, 인버터 유닛의 소형화를 실현하고, 한정된 회전 전기기계 표면상에 일체 탑재할 수 있음과 더불어, 인버터 전류 감소에 의해 인버터부, 회전 전기부, 3상 하니스부에서의 손실을 저감할 수 있고, 발전 및 시동 출력과 효율을 향상시킬 수 있다.

실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 회전 전기기계 장치를 도시한 종단면도 , 도 2는 실시의 형태 1의 인버터 유닛의 구조를 설명하는 도면으로서, (a)는 일부 파단 측면도 , (b)는 그 평면도이다.

도 1 및 도 2에서, 회전 전기기계(20)는, 샤프트(41)에 고착되고 프런트 브래킷(43) 및 리어 브래킷(44)에 회전 자유롭게 장착된 클로-폴형 회전자(claw pole type rotor; 40)와, 프런트 브래킷(43) 및 리어 브래킷(44)의 측단부에 끼워 지지되고 회전자(40)를 둘러싸도록 배설된 고정자(42)와, 회전자(40)의 축방향의 양단면에 고착된 팬(45)과, 샤프트(41)의 프런트측의 단부에 고착된 풀리(46)와, 샤프트(41)의 리어측 외주에 위치하도록 리어 브래킷(44)의 내벽면에 배설된 브러시 홀 더(47)와, 샤프트(41)의 리어 측에 장착된 한 쌍의 슬립 링(49)에 활주접촉하도록 브러시 홀더(47) 내에 배설된 한 쌍의 브러시(48)를 구비하고 있다. 그리고, 이 회전 전기기계(20)는, 풀리(46) 및 벨트(도시 생략)를 통하여 엔진(도시 생략)에 연결되어 있다.

또한, 흡기구멍(43a, 44a)이 프런트 브래킷(43) 및 리어 브래킷(44)의 단면(端面)에 천공되고 배기구멍(43b, 44b)이 프런트 브래킷(43) 및 리어 브래킷(44)의 측면에 천공되어 있다.

그리고, 인버터 유닛(22)은 스위칭 소자(8)로부터의 발열에 기인하는 손실 열량을 충분히 받아들일 수 있는 열용량을 갖도록 방열 설계된 히트 싱크(30)와, 절연성 수지에 의해 히트 싱크(30)의 외주부에 일체로 성형된 수지 성형부(31)와, 스위칭 소자(8)를 0N/0FF 제어하기 위한 전자 부품이 실장된 제어 회로 기판(32)과, 전원 단자(33, 34)를 구비하고 있다.

히트 싱크(30)는, 구리, 알루미늄 등의 양호한 열전도체로 C형상으로 제작되고, 핀(30a)이 그 내주면에 둘레 방향으로 복수 형성되고, 3개의 평탄면(30b)이 그 외주면에 형성되어 있다. 그리고, 병렬로 접속되는 스위칭 소자(8) 및 다이오드(9)의 2조(組)가 각 평탄면(30b)에 각각 고착되어 있다.

수지 성형부(31)에는, 스위칭 소자(8) 및 다이오드(9)의 소자군과, 제어 회로 기판(32)을 수납하는 수납 공간(31a)이 형성되어 있다. 그리고, 히트 싱크(30)의 각 평탄면(30b)이 수납 공간(31a) 내에 드러내고 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 인서트 도체가 수지 성형부(31)에 인서트 성형되어 있고, 인서트 도체의 일부 가 접속 단자로서 소정 위치에 드러내고 있다. 또한, 전원 단자(33, 34)가 수지 성형부(31)에 부착되어, 인버터 유닛(22)의 정극 및 부극을 구성하는 접속 단자에 각각 전기적으로 접속되어 있다.

그리고, 스위칭 소자(8) 및 다이오드(9)가 각 평탄면(30b)에 고착되고, 제어 회로 기판(32)의 각 단자가 스위칭 소자(8) 및 다이오드(9)의 각 단자에 전기적으로 접속되어 수납 공간(31a) 내에 부착된다. 또한, 제어 회로 기판(32)과 인서트 도체의 접속 단자를 결선한 후, 뚜껑(35)에 의해 수납 공간(31a)을 밀폐하여 인버터 유닛(22)이 조립된다.

이와 같이 조립된 인버터 유닛(22)이, 핀(30a)의 길이 방향(도 2의 (b)중 종이면과 직교하는 방향)을 샤프트(41)의 축심 방향에 일치하도록, 또한, 샤프트(41)를 둘러싸도록 배치되고, 부착 금구(도시 생략)에 의해 리어 브래킷(44)의 단면(외벽면)에 마련되어 있다. 그리고, 고정자 권선(21)의 △결선 단부가 직렬 접속된 스위칭 소자(8)의 중간점에 접속되어 있는 인서트 도체의 접속 단자에 결선된다. 또한, 전원 단자(33, 34)가 제 1의 배터리(11)에 접속된다.

도 3은 실시의 형태 1의 영구자석을 구비한 클로-폴형(claw-pole type) 회전자의 구성을 도시한 외관 사시도이다.

도 3에 있어서, 회전자(40)는 클로-폴형의 회전자이며, 고정자(42)의 내경에 대해 소정의 공극을 통하여 대향하는 폴(pawl)형상의 자극(40a 및 40b)를 가지며, 자극(40a 및 40b)은 각각 소정의 극 수로 형성됨과 함께, 계자 권선(4)을 갖는 원통부의 외경측을 덮도록 교대로 교차하고 있고, 서로 인접하는 자극(40a와 40b)은 둘레 방향으로 소정의 간격을 통하여 일정한 피치로 배열되고, 계자 권선(4)에 의해 교대로 이극이 되도록 자화된다. 그리고, 서로 인접하는 자극(40a와 40b)의 사이에는 한 쌍의 영구자석(40c 및 40d)이 개장되고, 이들의 영구자석(40c 및 40d)은 각 자극(40a 및 40b)이 계자 권선(4)에 의한 자극과 동일 자극이 되도록 자화되어 있다.

도 4는 실시의 형태 1에 의한 차량용 회전 전기기계 장치의 시스템 회로를 도시한 개념도이다.

도 4에 있어서, 회전 전기기계(20)는 벨트 구동식 회전 전기기계로서, 고정자(도시 생략)의 고정자 권선(21)과, 회전자(도시 생략)의 계자 권선(4)을 구비하고, 회전자가 엔진(1)의 회전축과 벨트(도시 생략)에 의해 연결되어 있다. 여기서는, 고정자 권선(21)은 4턴의 3상의 코일을 △결선하여 구성되어 있다.

인버터 유닛(22)은, 복수의 스위칭 소자(8)와 각 스위칭 소자(8)에 병렬로 접속된 다이오드(9)로 이루어지는 인버터 모듈(23)과, 인버터 모듈(23)에 병렬로 접속된 콘덴서(7)를 구비하고 있다. 이의 콘덴서(7)는, 인버터 모듈(23)을 흐르는 전류를 평활하는 역할을 갖는다.

인버터 모듈(23)은, 병렬로 접속된 스위칭 소자(8) 및 다이오드(9)의 2조를 직렬로 접속한 것을, 병렬로 3개 배치하고, 그들의 소자(8, 9)를 일체로 패키지 봉입(封入)하여 구성되어 있다. 그리고, 고정자 권선(21)의 각 △결선 단부가, 직렬로 접속된 스위칭 소자(8)의 중간점에 각각 접속되어 있다.

인버터 모듈(23)은, 스위칭 소자(8)의 스위칭 동작이 제어 장치(24)에 의해 제어된다. 그리고, 회전 전기기계(20)는, 전력이 공급되어 시동 전동기로서 동작하고, 엔진(1)을 시동시킨다. 또한, 회전 전기기계(20)는, 엔진(1)의 시동 후, 엔진(1)에 의해 회전 구동되어 교류 발전기로서 동작하고, 3상 교류 전압을 발생한다.

계속해서, 이와 같이 구성된 종래의 차량용 전원 장치의 동작에 관해 설명한다.

우선, 제어 장치(24)가, 각 스위칭 소자(8)를 0N/0FF 제어하고, 제 1의 배터리(11)의 직류 전력으로부터 3상 교류 전력을 발생시킨다. 이 3상 교류 전력이 회전 전기기계(20)의 고정자 권선(21)에 공급되고, 회전자(40)의 계자 권선(4)에 회전 자장이 주어지고, 회전자(40)가 회전 구동된다. 그리고, 회전자(40)의 회전력이 풀리(46) 및 벨트(도시 생략)를 통하여 엔진(1)에 전달되고, 엔진(1)이 회전 구동, 즉 시동된다.

그리고, 엔진(1)이 시동되면, 엔진(1)의 회전력이 벨트 및 풀리(46)를 통하여 회전 전기기계(20)에 전달된다. 이로써, 회전자(40)가 회전 구동되고, 고정자 권선(21)에 3상 교류 전압이 유기된다. 그러면, 제어 장치(24)가, 각 스위칭 소자(8)를 0N/0FF 제어하고, 고정자 권선(21)에 유기된 3상 교류 전압을 직류로 정류한다. 그리고, 인버터 유닛(22)에 의해 정류된 직류 전력에 의해 배터리(11)가 충전된다.

이상과 같이, 상기 실시의 형태 1에서는, 인버터 유닛(22)이 리어 브래킷(44)에 일체로 부착되고, 회전 전기기계(20)의 축방향 단명상에 일체 탑재되어 있기 때문에, 접속되는 하니스류를 단축할 수 있고, 하니스의 중량 저감이나 내(耐) 외란 노이즈성의 향상이 도모된다.

또한, 히트 싱크(30)가 스위칭 소자(8)로부터의 발열에 기인하는 손실 열량을 충분히 받아들일 수 있는 열용량을 갖도록 방열 설계되어 있기 때문에, 히트 싱크(30)의 소형화, 즉 인버터 유닛(22)의 소형화가 도모되고, 인버터 유닛(22)의 리어 브래킷(44)에의 탑재성이 향상된다.

또한, 회전 전기기계의 냉각용 팬(45)에 의해, 인버터 유닛(22), 회전자(40), 고정자(42)의 순서로 냉각하도록 구성되고, 인버터 유닛(22)의 냉각 매체가 회전 전기기계(20)의 냉각 매체(냉각풍)와 공용되어 있기 때문에, 냉각 구조가 간소화된다.

또한, 인버터 유닛(22)의 히트 싱크(30)에 핀(30a)을 마련하고, 팬(45)의 구동에 의해 형성되는 냉각풍이 핀(30a)에 따라 흐름으로써, 스위칭 소자(8) 및 다이오드(9)에서 발생하는 열이 히트 싱크(30)에 전달된 후, 핀(30a)을 통하여 냉각풍으로 방열된다. 따라서, 자연 냉각 구조에 비하여, 냉각 효율이 높고, 히트 싱크(30)의 소형화가 더욱 촉진된다.

또한, 이 실시의 형태 1에서는, 회전자(40)로서 영구자석(40c, 40d)을 부가한 클로-폴형의 회전자를 구성하고 있기 때문에, 인버터 기저(基底) 전류가 저감됨에 의해, 인버터 유닛(22)의 사이즈를 소형화할 수 있고, 상기 시동 발전 전기기계에 일체 탑재할 수 있다.

즉, 도 5는 회전자(40)가 서로 인접하는 자극(40a, 40b) 사이에 배열 구비된 영구자석(40c, 40d)의 효과를 도시한 무부하 특성도이다. 도 5에 의해 영구자석 (40c, 40d)에 의해 총 자속량이 증가하고 있음을 알 수 있다.

도 6에는 영구자석(40c, 40d)에 의한 시동 특성의 효과를 도시한다. 도면중 특성 A는 영구자석(40c, 40d)을 장비하지 않은 구동 특성을 나타내고, 특성 B는 영구자석(40c, 40d)을 장비한 경우를 나타낸다. 완만하게 감소하는 출력 일정 영역에서는, 전원 전압의 규제에 의해 영구자석(40c, 40d)의 효과는 나타나지 않지만, 인버터 유닛(22)의 전류 용량으로 결정되는 토크 일정 영역에서 영구자석(40c, 40d)의 효과가 현저하게 나타난다. 특성 A와 B에서의 토크 일정 영역에서의 인버터 전류는 쌍방 모두 같은 것이다. 이것은 기저 인버터 전류의 저감이 가능한 것을 의미하고 있다.

인버터 유닛(22)의 스위칭 소자(8)에서의 전류 용량은, 이 기저 인버터 전류와 이 기저 인버터 전류가 흐르는 시간과 시동시의 소자 온도에 의해 결정된다. 통상 기저 인버터 전류가 흐르는 시간은 매우 짧은 시간이므로, 인버터 유닛(22)의 사이즈(즉 스위칭 소자(8)의 전류 용량이 된다)는 인버터 전류와 소자 온도에 의해 결정되게 된다.

이와 같이, 회전자(40)가 서로 인접하는 자극(40a, 40b) 사이에 배열 구비된 영구자석(40c, 40d)에 의해 총 자속량이 증가시켜져서 인버터 전류를 억제하는 것이 가능하게 되고, 인버터 유닛(22)의 소형화를 실현하여, 한정된 회전 전기기계 표면상에 일체 탑재할 수 있다. 인버터 전류 감소에 의해 인버터 유닛부, 회전 전기기계부, 3상 하니스부에서의 손실을 저감할 수 있고, 발전 및 시동 출력의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 3상 하니스를 단축할 수 있고, 이 부위에서의 전압 드 롭을 저감할 수 있음에 의해, 시동 전동 동작시의 전압 이용율이 향상됨과 더불어, 주(主)자속을 증가하여 기저 토크를 증가할 수 있어 시동 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 7에 영구자석(40c, 40d)의 배열 구비에 의한 발전 특성에서의 효과를 도시한다. 도면중 특성 C는 영구자석(40c, 40d)이 없는 경우의 발전 특성을 나타내고, 특성 D는 영구자석(40c, 40d)을 회전자(40)의 자극(40a, 40b) 사이에 영구자석(40c, 40d)을 배열 구비한 경우의 발전 특성이다. 전술한 바와 같이 영구자석(40c, 40d)에 의한 총 자속 증가에 의해, 발전 시작 회전 속도와 전역(全域)에서의 발전 특성이 향상되고 있다.

베이스가 되는 특성 C와 같은 발전 특성으로 하는데는, 고정자 권선(21)의 코일 턴 수를 감소시키면 유기되는 전력이 저하하고. 특성 C와 거의 동등한 발전 특성에 맞출수 있다. 고정자 권선(21)의 코일 턴 수를 감소시키면 고정자 코일 저항이 저감하고. 동일 발전 출력시에서의 발전 효율이 향상된다. 즉 연속 발전시에서의 회전 전기기계(20)의 온도 저감을 실현할 수 있게 되고, 소형화한 인버터를 일체 탑재하는 것이 가능해진다.

또한, 도 8에 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명하는 무부하 특성도를 도시한다.

계자 전류를 인가하지 않은 발전 운전시에, 회전자(40)의 자극(40a, 40b) 사이에 장비되는 영구자석(40c, 40d)의 자속으로 유기 전압을 발생하지만, 전기 부하가 불필요하게 되는 운전 상태에서는, 이 자속만으로 전원계 전압을 초과하여 버린 다. (12V계 배터리 전원의 경우, 도 8중의 E점)

영구자석(40c, 40d)에 의한 무여자 무부하 유기 전압은, 전원계 전압을 초과하는 부분에서는, 3상 단락 등의 제어가 필요하지만, 일체 탑재된 인버터 유닛(22)에서는, 이들의 단락 전류를 연속하고 수용하는데는, 스위칭 소자 수를 늘리는 것이 필요하고, 일체 탑재를 위해서는 부적합하다.

이 때문에, 영구자석(40c, 40d)에 의한 자속을 상기 무여자 무부하 유기 전압이 전원계 전압을 초과하지 않도록 조정함에 의해, 인버터 일체 탑재 구조에 적응시키는 것이 가능해진다.

또한, 도 9에 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명한 전기 부하와 무여자 유기 전압의 상관도를 도시한다.

전기 부하 요구는, 예를 들면 차량이라면, 주행중 필요 최소 전기 부하가 반드시 존재하고, 이 전기 부하량을 하회하는 일은 없다. 통상 이 필요 최소 전기 부하는, 7 내지 12A 정도 필요하게 되어 있다. 이 경우에, 도 9의 특성에서는, 전술한 3상 단락 등의 특별한 제어가 필요 없는 것을 알 수 있다.(도 9에서, 전원계 전압 12V의 경우, F점보다도 필요 최소 전기 부하의 쪽이 크다)

따라서 이 경우에는, 영구자석(40c, 40d)은, 도 8에서 설명한 경우에 비하여 자속의 조정(열(劣) 방향으로 조정) 값을 작게 할 수 있기 때문에, 시동, 발전 특성을 보다 향상시킬 수 있다.

실시의 형태 2

도 10에 실시의 형태 2의 차량용 회전 전기기계 장치를 도시한 것으로서, 인 버터 유닛(22)을 회전 전기기계(20)의 지름 방향 면상에 일체 탑재하고, 하니스(50)를 통하여 고정자 권선(21)과 전기적으로 접속한 것이다. 또한, 회전 전기기계(20)의 축단에는 회전 위치를 검출하기 위한 리졸버(60)가 부설되어 있다.

즉, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 회전자(40)의 서로 인접하는 자극(40a, 40b) 사이에 영구자석(40c, 40d)을 배열 구비함에 의해, 고정자 권선(21)의 코일 턴 수를 적게 설계할 수 있고, 이로써 구동시 출력이 향상됨에 더하여, 발전시의 효율이 향상되고, 시동 발전시의 손실에 의한 발열이 억제되기 때문에, 이 실시의 형태 2와 같이, 최대 발열부인 고정자(42)의 하류측이 되는 지름 방향 면상에 인버터 유닛(22)을 탑재하는 것이 가능하게 되고, 회전 전기기계(20)의 축방향으로 탑재 제약이 있는 경우에 유효하다.

실시의 형태 3

도 11은 상기 회전 전기기계(20)의 고정자 슬롯의 부분 단면도이다.

도면에서, 회전 전기기계(20)의 고정자 슬롯 내(42a)에는, 인슐레이터(42b)를 사이에 두고 고정자 권선(21)을 구성하는 6개의 고정자 코일(21a)이 수용되어 있다. 도 11의 (a)에서는 고정자 코일 단면 형상이 둥근형상(丸狀)인 예를 도시하고, 도 11의 (b)에는 평각선(平角線)을 적용한 예를 도시한다.

도 11의 (b)와 같이, 평각선 또는 평각 형상으로 정렬(整列) 또는 성형된 고정자 코일을 적용함에 의해, 둥근선에 비하여 같은 고정자 코일 턴 수에 있어서, 고정자 슬롯(42a) 내에서의 점적율이 올라가고, 고정자 코일 저항이 저감되고, 동일 구동 특성에 있어서 인버터 전류를 저감할 수 있다. 이로써 인버터 유닛(22)의 소형화와, 인버터 유닛(22)에서의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 인버터 유닛(22)의 신뢰성이 향상된다. 또한, 발전 특성에 있어서, 상승 회전 속도가 낮은 역(域)에서부터 발전 시작 가능해진다.

도 12에 평각선을 적용한 고정자 코일 턴부(21b)의 상태를 도시한다.

고정자 코일 턴부(21b)에서는, 수용되는 슬롯으로부터 다음에 수용된 슬롯까지 1/2 자극 피치로 주회(周回)되지만, 도 12에 도시한 평각선에서는 반드시 에지부에서의 구부림 가공을 필요로 한다. 평각선의 에지부에서는, 구부림 가공이 곤란할 뿐만 아니라 절연 코팅의 벗겨짐이 문제로 되어 있다. 또한 이들의 문제를 회피하기 위해 고정자 코일 턴부의 곡률이 원활하게 되도록 주회되지만, 이 상태로는 고정자 코일 엔드 길이가 길어져서, 고정자 코일 저항의 증가를 초래하고 있다.

고정자 코일 턴부에서, 고정자 코일 단면(斷面) 형상이 둥근형상이라면, 전술한 바와 같은 문제도 없고, 고정자 코일 엔드 길이를 단축할 수 있고, 고정자 코일 저항을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 회전 전기기계 장치를 도시한 종단면도.

도 2는 도 1의 인버터 유닛의 일부 종단 측면도 및 평면도.

도 3은 도 1의 영구자석을 구비한 클로-폴형 회전자의 외관도.

도 4는 실시의 형태 1의 시스템 회로를 도시한 개념도.

도 5는 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명하기 위한 제 1의 전기 특성도.

도 6은 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명하기 위한 제 2의 전기 특성도.

도 7은 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명하기 위한 제 3의 전기 특성도.

도 8은 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명하기 위한 제 4의 전기 특성도.

도 9는 실시의 형태 1의 작용 효과를 설명하기 위한 제 5의 전기 특성도.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 회전 전기기계 장치를 도시한 종단면도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 3을 도시한 고정자 슬롯부의 주요부 단면도.

도 12는 실시의 형태 3의 회전자 코일 턴부의 주요부 구성도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

20 : 회전 전기기계

21 : 고정자 권선

21a : 고정자 코일

21b : 코일 턴부

22 : 인버터 유닛

40 : 회전자

40a, 40b : 자극

40c, 40d : 영구자석

42 : 고정자

Claims

계자 권선을 갖는 회전자와, 상기 회전자의 외주에 배치된, 고정자 권선을 갖는 고정자로 구성되고, 발전 시동을 행하는 회전 전기기계와,

상기 회전 전기기계의 시동 전동기 운전시에 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고 상기 고정자 권선에 공급함과 함께, 상기 회전 전기기계의 발전기 운전시에 상기 고정자 권선에서 발생하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고 상기 배터리를 충전하는 인버터 유닛을 구비한 차량용 회전 전기기계 장치에 있어서,

상기 인버터 유닛은, 상기 회전 전기기계에 일체적으로 탑재됨과 함께, 상기 고정자 권선과 전기적으로 접속되고,

상기 회전자는, 서로 인접하는 자극이 이극이 되도록 형성된 자극부와 계자 권선을 갖는 회전자 철심과, 상기 서로 인접하는 자극 사이에 배치되고, 상기 계자 권선과 함께 고정자 철심에 자속을 공급하는 영구자석을 포함함과 함께,

상기 영구자석에 의한 자속은, 상기 회전 전기기계의 실사용 회전 속도 범위에서, 무여자 무부하 유기 전압 또는 최저 전기 부하 발전 상태에서의 무여자 유기 전압이, 배터리 전압을 초과하지 않도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.
제 1항에 있어서,

상기 회전자는 클로-폴형(claw-pole type) 회전자이고, 상기 영구자석은 상 기 회전자의 폴(pawl)형상 자극부 사이에 개장된 한 쌍의 영구자석으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.
제 1항에 있어서,

상기 인버터 유닛은 상기 회전 전기기계의 축방향 단면상에 일체 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.
제 1항에 있어서,

상기 인버터 유닛은 상기 회전 전기기계의 지름 방향 면상에 일체 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 전기기계는 냉각용 팬을 가지며, 그 냉각풍에 의해 상기 인버터 유닛, 회전자, 고정자의 순서로 냉각하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정자 권선은, 평각선 또는 평각 형상으로 정렬 또는 성형된 고정자 코일로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.
제 6항에 있어서,

상기 고정자 권선의 코일 턴부의 단면 형상은 둥근형상인 것을 특징으로 하는 차량용 회전 전기기계 장치.