JP2010136499A - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバ等の回転検出部に重畳するノイズを低減することができる制御装置一体型回転電機を提供する。
【解決手段】固定子巻線２ｂと界磁巻線４を有する回転電機本体に、巻線とコアを組み合わせて回転軸の回転角度を検出するレゾルバ９等の回転検出部と、この回転検出部の検出出力に基づき固定子巻線に流す電流を制御するパワー回路部２０と、界磁巻線に流す電流を制御する界磁スイッチング回路部３０と、パワー回路部及び界磁スイッチング回路部に対して並列に接続されたコンデンサ部４０とを備え、コンデンサ部の両端を外部のバッテリ７０に接続する制御装置一体型回転電機において、コンデンサ部４０は、回転検出部より界磁スイッチング回路部３０に近接して配置されると共に、界磁スイッチング回路部３０に共通の接続端子を介して接続されているものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、界磁巻線型回転電機にその制御装置が一体化された制御装置一体型回転電機に関するものである。

特許文献１には、電動発電機本体部にインバータ回路部と制御回路部と搭載された電動発電機装置において、信号線を制御基板のパターンで構成することで、配線の合理化をすることができ、また、界磁回路の信号線および界磁回路の電流が流れる経路を回転子・固定子から離すことで、インバータの制御回路や当該制御回路に関連する回路・部品が、回転子・固定子からの漏れ磁束によるノイズの影響を受けにくくすることが開示されている。

また、特許文献２には、固定子電流スイッチング回路部と界磁電流スイッチング部と，それらの制御装置が搭載された制御装置一体型回転電機において、界磁スイッチング回路部の構成や界磁スイッチン部回路部を搭載するサーキットボートにコンデンサ部を搭載する構成が記載されている。

特開２００６−１８７０９４号公報 特開２００８−５６７６号公報

しかしながら、電動発電機とインバータ部を一体化した回転電機の場合、インバータの制御回路や当該制御回路に関連する回路・部品は、回転子・固定子からの漏れ磁束によるノイズの影響だけでなく、界磁スイッチング素子の急峻な電流変化により回路のループから磁束が発生してノイズが重畳してしまう。特に回転電機本体内に設けられた回転角度検出用レゾルバの出力信号にノイズが重畳することで角度誤差が発生してしまうという問題があった。
この磁束の発生を抑えるためには回路・部品間の配線経路が重要になってくるが、特許文献１ではバッテリ端子や配線経路について記載がなく、特許文献２においても界磁スイッチング回路部の構成や界磁スイッチン部回路部を搭載するサーキットボートにコンデンサ部を搭載する形状が記載されているが、バッテリ端子の位置やコンデンサ部との配置や接続方法について記載されておらず、レゾルバに重畳するノイズを低減する有効な対策が示されていない。

本発明は上記のような課題を解決するために、回路・部品間の配線経路を工夫することにより、レゾルバ等の回転検出部に重畳するノイズを低減することができる制御装置一体型回転電機を提供することを目的としている。

本発明は、固定子巻線と界磁巻線を有する回転電機本体に、巻線とコアを組み合わせて回転軸の回転角度を検出する回転検出部と、この回転検出部の検出出力に基づき固定子巻線に流す電流を制御するパワー回路部と、界磁巻線に流す電流を制御する界磁スイッチング回路部と、上記パワー回路部及び界磁スイッチング回路部に対して並列に接続されたコンデンサ部とを備え、上記コンデンサ部の両端を外部のバッテリに接続する制御装置一体型回転電機において、上記コンデンサ部は、上記回転検出部より上記界磁スイッチング回路部に近接して配置されると共に、上記界磁スイッチング回路部に共通の接続端子を介して接続されているものである。

本発明の制御装置一体型回転電機によれば、コンデンサ部から界磁スイッチング回路部にいたる配線ループを小さくすることによって、界磁スイッチング回路部のスイッチング動作時の急峻な電流変化による誘導ノイズが低減でき、回転検出部に重畳するノイズを低減して制御装置の誤動作を防ぐことができる。

実施の形態１．
図１乃至図５は本発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機を示す図で、図１は縦断面図、図２は主回路図、図３は、配線経路を示す一部断面側面図、図４は配線経路を示す一部断面側面図及び要部縦断面図、図５は要部分解斜視図である。
図１において、制御装置一体型回転電機は、一対のブラケット１ａ，１ｂに支持された固定子２ａ、回転子３を有し、回転子３には起磁力を発生させるための界磁巻線４とスリップリング５と冷却ファン６が設けられている。
反プーリ-側のブラケット１ｂの後方側には、スリップリング５に接触するブラシ７を有するブラシホルダ８、固定子巻線２ｂに交流電力を供給するためのパワー回路部２０、界磁巻線４に電流を供給するための界磁スイッチング回路部３０及びコンデンサ部４０が別々に搭載されている。
そして、パワー回路部２０と界磁スイッチング回路部３０の回転軸方向後方側に、回転角度を検出する回転検出部であるレゾルバ９が収容されたケース５０が配置されている。

パワー回路部２０は、固定子巻線２ｂに電流を供給するためのパワー回路用半導体スイッチング素子２１がパワー回路冷却用ヒートシンク２２に搭載されており、図２に示すようにレゾルバ９の検出出力に基づきバッテリ７０に接続された半導体スイッチング素子２１の動作を制御し固定子巻線２ｂに流す電流を制御する。
このパワー回路部２０にはバッテリ端子接続用のバッテリ接続端子２４と、コンデンサ部４０のコンデンサＰ（＋）端子４３、界磁スイッチング回路部３０の界磁Ｐ端子３５を接続するＰ接続端子２５が設けられている（図３，４参照）。

界磁スイッチング回路部３０は、界磁巻線４に電流を供給するための界磁用半導体スイッチング素子３０ａ，３０ｂ、フライホイルダイオード３０ｃ，３０ｄ及び制御ＩＣ（図示しない）が搭載された回路基板３１が界磁冷却用ヒートシンク３２に接合されると共に、樹脂ケース３３とも接合されて構成されている。また、界磁用半導体スイッチング素子３０ａ，３０ｂは、電動機と違いアクティブ素子であるMOSFETを使用しており、バスバー等のパワーラインでコンデンサ部４０のコンデンサ４１とつながっている（図２参照）。回路基板３１としては、例えばセラミック基板や金属基板を用いる。

コンデンサ部４０、配線材がインサートされた樹脂ケース４２にコンデンサ４１が接合され構成されている。
界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０が各々別々にブラケット１ｂに搭載されている。各々のＰ端子はパワー回路部２０に設けられたＰ接続端子２５に取付けられ、Ｎ（−）端子はブラケット１ｂに接続される（図３，４参照）。

図２に示すように制御装置一体型回転電機の主回路内の配線ループは２通りあり、１つは界磁スイッチング素子３０ａ,３０ｂとコンデンサ４１間のループの界磁−コンデンサループ５１と、バッテリ７０とコンデンサ４１間のループのバッテリ−コンデンサループ５２である。

制御装置一体型回転電機では、界磁巻線４に電流を供給するためのブラシ７を有するブラシホルダ８が必要である。界磁スイッチング回路３０は、ブラシ７を通じて界磁巻線４に電流を供給するため、界磁スイッチング回路３０とブラシ７およびブラシホルダ８は互いに近傍に配置することが好ましい。
一方、レゾルバ９の周囲には、ケース５０を保持するようにブラケット１ｂが突き出ており、この突出部が渦電流発生による電磁シールド部材として作用するため、界磁スイッチング素子動作時のノイズを低減するが、ブラシ挿入部の開口部を通じて磁界がもれ、レゾルバ９まで到達し、界磁スイッチング素子動作時のノイズが重畳してしまう。そこで、レゾルバ９に重畳するノイズ低減のため界磁スイッチング回路部３０から発生する磁界を低減する必要がある。

また、界磁スイッチング回路部３０から界磁巻線４に供給する電流は、高精度に制御するため制御方式にＰＷＭ方式を採用しているが、この方式では、矩形波通電方式に比べて界磁スイッチング素子３０ａ，３０ｂのスイッチング頻度が非常に多くなり、レゾルバ９の検出出力信号にノイズが重畳する回数が増えてしまう。
これは、スイッチング時に界磁回路の電流が急峻に変化することにより界磁−コンデンサループ５１に磁界が発生することが原因であり、スイッチング回数が増えれば磁界の発生回数が増え、レゾルバ９にノイズが重畳する回数が増える。このノイズを低減するには、界磁−コンデンサループ５１を短くし磁界の発生を抑える必要がある。

そこで、界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０を近接配置し、界磁−コンデンサループ５１を短くする構成を以下に示す。
界磁−コンデンサループ５１を短くするため、両者を近接して配置する。配置方法として、図１のようにブラケット１ｂ上の軸方向にコンデンサ部４０、界磁スイッチング回路部３０と積み重ねて配置し、少なくともコンデンサ部３０が界磁スイッチング回路部３０に近接するよう配置する。

界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０のＰ（＋），Ｎ（−）の接続位置は界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０のすぐ外側に配置する。さらに、接続端子のＰ側は、パワー回路部２０、界磁スイッチング回路部３０、コンデンサ部４０のすべてにフランジ部を設けて、Ｐ接続端子２５、界磁Ｐ端子３５、コンデンサＰ端子４３を形成し、これらを一箇所で接続する。（図３，４，５参照）
接続端子のＮ側は、界磁スイッチング回路部３０、コンデンサ部４０にフランジ部を設け、界磁Ｎ端子３４、コンデンサＮ端子４４を形成し、ブラケット１ｂへの固定を兼ねて一箇所で接続する。（図３，４，５参照）
このようにコンデンサ部４０、界磁スイッチング回路部３０を軸方向に積み重ねて配置すると共に、従来ブラケットの別々の箇所に取り付けていたＮ端子を一箇所に集めることでブラケット１ｂを通る配線経路を短縮できる上、界磁スイッチング回路部３０の経路とコンデンサ部４０の経路を平行配線とすることができ、ノイズ低減につなげることができる。

なお、図６，７に示すように界磁Ｐ端子３５、コンデンサＰ端子４３及びパワー回路部２０のＰ接続端子２５の位置をより近接させるように変更した場合には、バッテリ−コンデンサループ５２の配線経路を更に短くすることができ、よりノイズ低減を図ることが可能である。

以上のように実施の形態１によれば、固定子巻線２ｂと界磁巻線４を有する回転電機本体に、巻線とコアを組み合わせて回転軸の回転角度を検出するレゾルバ９等の回転検出部と、この回転検出部の検出出力に基づき固定子巻線に流す電流を制御するパワー回路部２０と、界磁巻線に流す電流を制御する界磁スイッチング回路部３０と、パワー回路部及び界磁スイッチング回路部に対して並列に接続されたコンデンサ部４０とを備え、コンデンサ部の両端を外部のバッテリ７０に接続する制御装置一体型回転電機において、コンデンサ部４０は、回転検出部より界磁スイッチング回路部３０に近接して配置されると共に、界磁スイッチング回路部３０に共通の接続端子を介して接続されていることにより、界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０間の界磁−コンデンサループ５１の配線経路を短くでき、レゾルバ９等の回転検出部に重畳するノイズを低減できる。
また、界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０を別々の構成要素としているため、制御装置一体型回転電機の仕様に合わせて使用する部品を変更したり、組み合わせて使用することができる。

実施の形態２．
実施の形態１の界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０を一体化することで、界磁−コンデンサループ５１の配線ループを短くすることができ、ノイズ低減につながる。界磁スイッチング回路部３０とコンデンサ部４０を一体化する方法として、図８のようにコンデンサ４１を収納したケース６０に、界磁スイッチング素子３０ａ，３０ｂを搭載した回路基板３１でケース６０の蓋をするように取り付ける。これにより、コンデンサ４１−回路基板３１間の面積が縮小できる。
界磁スイッチング素子３０ａ，３０ｂを搭載した回路基板３１は、ケース６０内のターミナルとはんだ付けされる。はんだ付けを用いることで、回路基板３１上に直接取り付けることができるため、界磁−コンデンサループ５１を短くすることができる。

さらに、図９のように界磁スイッチング回路部３０に用いられる回路基板３１の配線パターン３６上に直接コンデンサ４１を搭載することで界磁スイッチング素子３０ａ，３０ｂとコンデンサ４１間の界磁−コンデンサループ５１を短くすることができる。さらに磁界形成方向を一方向にすることができる。特に、ＰＷＭ方式の制御方式において界磁−コンデンサループ５１が短くなることで、スイッチングノイズを低減でき、ノイズの重畳を低減できる。
また、レゾルバ巻線に対して回路基板３１の位置を、回路基板３１から発生する磁界がレゾルバ巻線に対して垂直方向となるようにすることで、ノイズを低減できる。
図９では回路基板３１が回転電機の軸方向に対して垂直に取り付けられており、磁界がレゾルバ巻線に対して垂直になる位置としている。回路基板３１は軸方向に対して平行に取り付けることもできる。この場合においても磁界がレゾルバ巻線に対して垂直となる位置としている。

実施の形態２によれば、コンデンサ４１を回路基板３１内に搭載し一体化することで、界磁―コンデンサループ５１の磁界形成方向を一方向にすることができ、磁界の方向がレゾルバ巻線に対して垂直になるように回路基板３１を設置することで、ノイズ低減につながる。

実施の形態３．
実施の形態１，２におけるバッテリ接続端子２４を回転電機の外周方向に移動することで、バッテリ接続端子２４とコンデンサＰ端子４３間の配線経路であるバッテリ−コンデンサループ５２が短くなり、レゾルバ９から遠ざけることができ、ノイズ低減につながる。
図１のバッテリ接続端子２４からコンデンサＰ端子４３までのバッテリ−コンデンサループ５２に対して、図１０ではバッテリ−コンデンサループ５２が短くなるようにコンデンサＰ端子４３をバッテリ端子側としたことで、配線ループから生じるノイズの低減を図っている。

さらに、図１１のようにバッテリ接続端子２４を回転電機の外周側に移すことで、バッテリ−コンデンサループ５２をレゾルバ９から遠ざけることができ、ノイズの低減を図っている。

また、図１１のようにバッテリ接続端子２４を回転電機の外周側に移すだけでなく、コンデンサＰ端子４３の近くに配置することでさらにバッテリ−コンデンサループ５２を短くすることができ、ノイズの低減につながる。

この実施の形態３によれば、バッテリ接続端子２４を回転電機の外周側に配置し、コンデンサＰ端子４３の近くへ配置することでさらに配線ループを短くでき、ノイズ低減が図れる。

本発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機を示す縦断面図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の主回路図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の配線経路を示す一部断面側面図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の配線経路を示す一部断面側面図及び要部縦断面図である。 実施の形態１に係る要部分解斜視図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の配線経路他の例を示す一部断面側面図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の配線経路の他の例を示す一部断面側面図及び要部縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機の界磁スイッチング回路部を示す要部縦断面図である。 実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機の配線経路を示す一部断面側面図及び要部縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る制御装置一体型回転電機の配線経路を示す一部断面側面図である。 実施の形態３による制御装置一体型回転電機の配線経路の他の例を示す一部断面側面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ：ブラケット、２ａ：固定子、２ｂ:固定子巻線、３：回転子、４：界磁巻線
５：スリップリング、６：冷却ファン、７：ブラシ、８：ブラシホルダ、９：レゾルバ
２０：パワー回路部、
２１：パワー回路用半導体スイッチング素子
２２：冷却用ヒートシンク
２４：バッテリ接続端子
２５：Ｐ接続端子
３０：界磁スイッチング回路部
３１：回路基板
３２：界磁冷却用ヒートシンク
３３：樹脂ケース
３４：界磁Ｎ端子
３５：界磁Ｐ端子
３６：配線パターン
４０：コンデンサ部
４１：コンデンサ
４２：樹脂ケース
４３：コンデンサＰ端子
４４：コンデンサＮ端
５０：ケース
５１：界磁−コンデンサループ
５２：バッテリ−コンデンサループ
６０：ケース

Claims (8)

1. 固定子巻線と界磁巻線を有する回転電機本体に、巻線とコアを組み合わせて回転軸の回転角度を検出する回転検出部と、この回転検出部の検出出力に基づき上記固定子巻線に流す電流を制御するパワー回路部と、上記界磁巻線に流す電流を制御する界磁スイッチング回路部と、上記パワー回路部及び界磁スイッチング回路部に対して並列に接続されたコンデンサ部とを備え、上記コンデンサ部の両端を外部のバッテリに接続する制御装置一体型回転電機において、
   上記コンデンサ部は、上記回転検出部より上記界磁スイッチング回路部に近接して配置されると共に、上記界磁スイッチング回路部に共通の接続端子を介して接続されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
2. 上記接続端子のＰ側は、上記パワー回路部、界磁スイッチング回路部、コンデンサ部のそれぞれにＰ接続端子、界磁Ｐ端子、コンデンサＰ端子を形成するフランジ部を設け、これらを一箇所で接続したことを特徴とする請求項１記載の制御装置一体型回転電機。
3. 前記接続端子のＮ側は、上記界磁スイッチング回路部、コンデンサ部のそれぞれに界磁Ｎ端子、コンデンサＰ端子を形成するフランジ部を設け、これらを一箇所で接続したことを特徴とする請求項１または２記載の制御装置一体型回転電機。
4. 上記コンデンサ部と上記界磁スイッチング回路部とを一体的に収納するケースを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の制御装置一体型回転電機。
5. 上記ケースの内部で上記コンデンサ部と上記界磁スイッチング回路とを電気的に接続したことを特徴とする請求項４記載の制御装置一体型回転電機。
6. 上記コンデンサ部が上記界磁スイッチング回路部に収納された回路基板上に搭載されたことを特徴とする請求項４又は５記載の制御装置一体型回転電機。
7. 上記コンデンサ部を上記バッテリに接続する外部接続端子を上記回転検出部から離れた上記回転電機本体の外周側に設けたことを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれか一つに記載の制御装置一体型回転電機。
8. 上記外部接続端子を上記コンデンサ部に近接して配置したことを特徴とする請求項７記載の制御装置一体型回転電機。