JP2014236615A

JP2014236615A - 制御装置一体型回転電機

Info

Publication number: JP2014236615A
Application number: JP2013117597A
Authority: JP
Inventors: 柏原　利昭; Toshiaki Kashiwabara; 利昭柏原; 内海　義信; Yoshinobu Uchiumi; 義信内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-15
Also published as: US20140354093A1; FR3006518A1; US9570954B2

Abstract

【課題】駆動ベルト摩耗粉のコネクタ接続端子部への侵入を抑制することができる、制御装置一体型回転電機の提供。【解決手段】制御装置一体型回転電機１は、回転軸３に一体的に支持されたロータ５と、ステータ７と、フロントケース９及びリヤケース１０と、回転軸のフロントケースから突出した部分に設けられたプーリ１１と、リヤケースの外側に設けられた制御回路部１３と、制御回路部を覆うカバー４７と、カバーの外側に設けられた、制御回路部に対する回転電機側コネクタ１５とを備え、回転電機側コネクタの接続サイド１５ａの向きは、プーリのベルトのかかる幅方向と直交する方向よりも、プーリから離れる側に傾斜している。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置一体型回転電機に関するものである。

モータジェネレータの駆動装置として、例えば特許文献１には、駆動装置全体の軸方向のサイズを小さくする手法として、コネクタを、径方向外側に配置する構成が開示されている。また、コネクタ信号線が他部材と干渉することを抑制する手法として、コネクタ接続口が軸方向のモータ側に向くよう形成され、コネクタ挿入離脱性の向上を図る構成が開示されている。

また、特許文献２には、エンジンの補機駆動装置に使用されるベルト伝達装置であって、揺動可能なアームの先端にテンションプーリを軸支したオートテンショナを備え、このオートテンショナにより、複数のプーリに巻き掛けられた伝動ベルトの張力を調整するベルト伝動装置が開示されている。

補機駆動装置では、スタータ機能及び発電機能を有する補機が設けられ、補機をスタータモータとしたときには、その駆動力を、ベルトを介してエンジンに伝動して、エンジンの始動を行う一方、エンジンの始動後の運転中は、エンジンが発する駆動力を、ベルトにより補機に伝動して、補機の駆動を継続することができるようになっている。

また、特許文献３には、エンジン始動時の静粛性を考慮した、Ｖリブドベルト、ローエッジＶベルトのような動力伝動用ベルトが開示されている。動力伝動用ベルトにおいては、モータジェネレータとプーリとの接触面に、加硫ゴムからなる圧縮ゴム層が設けられており、摩擦係数を低下させて、モータジェネレータ駆動時の騒音を軽減する。

しかしながら、この加硫ゴムには、有機化合物で形成される水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、ＣＳＭ、ＡＣＳＭ、ＳＢＲ、エチレン−α−オレフィンエラストマーなどが使用されているので、補機駆動時（エンジン始動時）には、大きな張力とプーリの回転力とによりベルト摩耗し、有機化合物粉末が飛散する問題がある。

なお、ベルト摩耗粉の飛散を防止する構造として、特許文献４には、駆動プーリを覆うカバーが設置された構成が開示されている。

特開２０１２−１４３０３６号公報特許第４０７２３９４号公報特開２００３−２５４３９０号公報特許第４４３１４１８号公報

しかしながら、自動車等の内燃機関に直接、装着されるモータジェネレータにおいては、運転を続ける中で、内燃機関の振動、あるいは急加減速を繰り返す角加速度による振動の影響を受け、コネクタ接続端子部に振動が伝播され、コネクタ接続端子部を外部から侵入を防止しているパッキンが摩耗することがある。その摩耗した空隙部から、コネクタの内部に、前述した動力伝動用ベルトのベルト摩耗粉や、水分が入り、コネクタの内部が湿潤状態になると、端子間のインピーダンスが低くなり微小の電流が端子間に流れるプレトラッキング現象が生じる。そして、プレトラッキング現象が繰り返し生じると、端子間のコネクタ樹脂が炭化するトラッキング現象に発展し、やがて、乾燥状態でも放電が発生するトラッキング短絡状態に至る恐れもある。

また、動力伝動用ベルトのベルト摩耗粉の飛散防止対策としては、前述した特許文献４に示すカバーがあるものの、駆動プーリを覆うようにカバーを設置した場合、部品点数が多くなりコスト増大の面から現実には採用しがたく、また、ベルト交換時のメンテナンス性が損なわれる、という別の問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、駆動ベルト摩耗粉のコネクタ接続端子部への侵入を抑制することができる、制御装置一体型回転電機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明は、回転軸に一体的に支持されたロータと、
前記ロータに対向して設けられたステータと、前記ロータ及びステータを収容するフロントケース及びリヤケースと、前記回転軸の前記フロントケースから突出した部分に設けられたプーリと、前記リヤケースの外側に設けられた制御回路部と、前記制御回路部を覆うカバーと、前記カバーの外側に設けられた、前記制御回路部に対する回転電機側コネクタとを備え、前記回転電機側コネクタの接続サイドの向きは、前記プーリのベルトのかかる幅方向と直交する方向よりも、該プーリから離れる側に傾斜している。

本発明によれば、駆動ベルト摩耗粉のコネクタ接続端子部への侵入を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す断面図である。本実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の雄コネクタを正面から見た図である。図２の雄コネクタに接続される、車両側の雌コネクタの構成を示す斜視図である。本実施の形態１に関し、回転電機側コネクタの回転電機側コネクタ端子の指向状態を説明する概念図である。

以下、本発明に係る制御装置一体型回転電機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１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の構成を示す断面図である。図２は、本実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の雄コネクタ部を正面から見た図である。図３は、図２の雄コネクタ部に接続される、車両側の雌コネクタ部の構成を示す斜視図である。

制御装置一体型回転電機１は、回転軸３上に設けられたロータ５と、ロータ５と対向するように設けられたステータ７と、それらロータ５及びステータ７を収容するフロントケース９及びリヤケース１０と、プーリ１１と、制御回路部１３と、回転電機側コネクタ１５とを備えている。

ステータ７は、ロータ５の周囲に設けられており、固定子コア１７と、固定子巻線１９とを有しており、フロントケース９及びリヤケース１０の内周面に固定されている。

回転軸３は、一対の軸受２１、２３によって回転可能に支持されている。回転軸３の一端側を支持する軸受２１は、フロントケース９に固定されており、回転軸３の他端側を支持する軸受２３は、リヤケース１０に固定されている。

ロータ５は、回転軸３に一体的に支持された回転子コア２５と、回転子コア２５に巻かれた界磁巻線２７とを有している。

リヤケース１０の端壁におけるフロントケース９との反対側には、パワー回路部である固定子回路部２９、界磁回路部３１、制御回路部１３が取り付けられている。制御回路部１３は、固定子回路部２９及び界磁回路部３１等の電気回路部を制御する。

回転軸３の他端側において、軸受２３よりもフロントケース９の反対側には、ロータ５の回転状態を検出する磁極位置検出センサ３３が設けられている。さらに、回転軸３の他端側において、磁極位置検出センサ３３よりもフロントケース９との反対側には、ブラシ３５が設けられている。ブラシ３５は、ブラシホルダ３７に保持されており、回転軸３と一体的に回転する２個のスリップリング３８に対して当接されている。

回転軸３の一端におけるフロントケース９から突出した部分には、制御装置一体型回転電機１に対して動力の入出力を行うためのプーリ１１が設けられている。プーリ１１は、回転軸３において軸受２１よりもリヤケース１０の反対側に配置されている。

プーリ１１は、ベルトのかかる幅方向に沿って並んだ複数の谷部１１ａを有している。そして、制御装置一体型回転電機１は、それら谷部１１ａに巻き掛けられたＶリブドベルトを介して、エンジンに動力を伝動して、エンジンの始動を行う一方、エンジンの始動後の運転中は、エンジンからの駆動力をベルトにより補機に伝動して、補機の駆動を行うことができるようになっている。

リヤケース１０は、図１に示されているように、フロントケース９に組み合わされる円筒形の周壁１０ａと、周壁１０ａの一端を閉じる端壁１０ｂと、端壁１０ｂの中央から軸方向に沿ってケース内側に向かって延びて軸受２３を支持する中空の円筒壁１０ｃとを備えている。

また、リヤケース１０におけるフロントケース９側との反対側には、放熱フィン３９を備えたヒートシンク４１が設けられている。ヒートシンク４１の一面側には、放熱フィン３９が設けられており、ヒートシンク４１の他面側は、固定子回路部２９や界磁回路部３１に接続されている。また、固定子回路部２９や界磁回路部３１は、配線部材４３によって、固定子巻線１９や界磁巻線２７に電気的に接続されている。

制御回路を備えたプーリント基板からなる制御基板を有する制御回路部１３は、リヤケース１０の外側に設けられており、基板収容部４５内に収容されて固定されている。制御回路部１３の制御基板は、回転軸３に対して直交する方向に配置されている。

リヤケース１０の外側に設けられた、これら制御回路部１３、固定子回路部２９、界磁回路部３１、ブラシ３５及びヒートシンク４１等は、カバー４７によって覆われている。カバー４７には、外部機器と制御回路部１３との間で信号の送受信を行うため、外部機器からの車両側コネクタ端子が接続される回転電機側コネクタ１５が設けられている。特に、回転電機側コネクタ１５は、カバー４７における固定子回路部２９との反対側に配置されている。すなわち、回転電機側コネクタ１５は、制御装置一体型回転電機１において大きな発熱源である固定子巻線１９や固定子回路部２９から離隔されている。また、径方向に関しては、回転電機側コネクタ１５は、ステータ７の外径よりもさらに径方向の位置でいう外側に配置されている。

回転電機側コネクタ１５には、コネクタターミナル４９がインサートモールド成形により設けられている。コネクタターミナル４９の一端は、回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄであり、コネクタターミナル４９の他端は、制御基板接続端子部５３である。コネクタターミナル４９は、図１の断面においてみて、概ねＵ字状をなしている。また、回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄの先端と制御基板接続端子部５３の先端とは、同じ方向を指向している。また、回転電機側コネクタ１５は、接続サイド１５ａに開口１５ｂを有しており、回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄはその開口１５ｂ内に突出している。

ここで、外部機器からの車両側コネクタ端子を含む、車両側の雌コネクタについて、図３をもとに説明する。車両側コネクタ７１においては、合成樹脂材により形成された複数個（図示例では４個）のキャビティ７３を有している。４個のキャビティ７３を横方向に並べて設けた端子収容部の前端側の回りには、フード部７５が設けられている。各キャビティ７３内には、電線の端末に固着された雌側端子金具からなる車両側コネクタ端子７７ａ〜７７ｄが後方から挿入されている。

車両側コネクタ端子７７ａ〜７７ｄは、各キャビティ７３の天井面に設けられたランス７９により抜け止め状態に固定されている。フード部７５の天井部分に設けられたロックアーム８１により回転電機側コネクタ１５が嵌合状態でロックされるとともに、パッキン８３を挟んで雌雄コネクタ間がシールされるようになっている。

次に、回転電機側コネクタの詳細について、図１、図２及び図４を参照して説明する。図４は、回転電機側コネクタ１５の回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄの指向状態を説明する概念図である。

回転電機側コネクタ１５は、車両側コネクタ端子７７ａ〜７７ｄと対応して横に並んだ複数個（図示例では４個）の回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄを有している。回転電機側コネクタ１５の接続サイド１５ａの向き（本実施の形態１では開口１５ｂの向き、回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄの指向する向き）は、次のように設定されている。

すなわち、図４に示されるように、プーリ１１においてベルトのかかる幅方向（複数の谷部１１ａが並ぶベルト支持面の延びる方向）の領域を、角度０度の基準線（図１の断面を直交座標系とした場合のいわゆるＸ軸の正部分）とした場合、回転電機側コネクタ１５の接続サイド１５ａの向き（図１及び図４において矢印Ｄで示す向き）は、プーリのベルトのかかる幅方向と直交する方向（図１の断面を直交座標系とした場合のいわゆるＹ軸）よりも、プーリ１１から離れる側に傾斜している。つまり、回転電機側コネクタ１５の接続サイド１５ａの向きは、図４において少なくとも９０度よりも大きく且つ２７０度よりも小さい。好適には、回転電機側コネクタ１５の接続サイド１５ａは、図４において１０８度〜２５２度の角度範囲を指向している。通常、Ｖリブドベルトを用いるプーリには図４に示されるように、溝角度３６度が用いられており、このため、プーリのＶ面は水平方向に対して、７２度傾斜する。よって、図４において１０８度〜２５２度の角度範囲であれば、回転電機側コネクタ１５の向きは、プーリ１１の反対側となる水平方向から、少なくとも７２度よりも小さい範囲内の傾きとなり、ベルト粉の侵入をより効果的に抑制することができる。さらに、好適には、回転電機側コネクタ１５の接続サイド１５ａは、回転軸３の延長方向に関してみた場合、プーリ１１の反対側を指向している態様である。つまり、回転電機側コネクタ１５の接続サイド１５ａの向きは、図４において、ほぼ１８０度の向きとなっている態様であり、図１の図示は、この最も好適な態様で例示している。

回転電機側コネクタ１５の回転電機側コネクタ端子５１ａ〜５１ｄに対して、対応する車両側コネクタ端子７７ａ〜７７ｄが接続され、バッテリ電源１２Ｖが供給されると、制御回路部１３の制御基板の電源がオンされる。制御回路部１３が、車両側キースイッチのオン・オフ信号を受信し、車両が起動あるいは停止している状態情報を得て、制御基板が駆動制御あるいは発電制御を実施する。回転電機側コネクタ端子５１ｃは、車両側コネクタ端子７７ｃと電気接続され、ＣＡＮ通信高電位側に設定され、回転電機側コネクタ端子５１ｄは、車両側コネクタ端子７７ｄと電気接続され、ＣＡＮ通信低電位側に設定されている。回転電機側コネクタ端子５１ｃ，５１ｄへの入力として、車両側のＥＣＵ（外部制御装置）から電位差と時間情報とが送信されており、それをもとに、制御基板は、駆動制御あるいは発電制御を実施する。

以上のように構成された本実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機によれば、次のような利点が得られる。まず、前提として、制御装置一体型回転電機を取り巻く問題について説明する。自動車等の車両では、近年、電子化が進み、各電子機器間を繋ぐ電気配線数も急激に増加してきている。これに伴い、使用されている配線接続用のコネクタ極数も増加してきている。コネクタ内部には端子が挿入されており、複数の端子が挿入されている場合は、各端子間に電位差がある状態が一般的である。また、車両においては、モータジェネレータは、エンジンルーム内に設置されている。このような場所に設置されているコネクタは、エンジンルーム内の温度サイクルによる結露や悪路走行時の埃等の侵入、冬季の融雪塩水付着等の厳しい環境下に置かれている。さらには、張力と回転力とが作用している駆動用ベルトが摩耗し、その摩耗粉がコネクタ近傍まで飛散することもある。このような状況下で、コネクタ内部の端子間に水分あるいは埃や摩耗粉などの有機絶縁物が付着すると、電位差のある端子間に微小な放電が発生するプレトラッキング現象が生じうる。この現象が繰り返されると端子の劣化（湿潤劣化）が進行し、やがて端子間のコネクタ樹脂が炭化するトラッキング現象が生じうる。そして、ついには乾燥状態でも放電が発生するトラッキング短絡につながる。また自動車の配線接続用のコネクタは、複数極以上の多極コネクタが使用されている。例えば、１つのコネクタにはプラス電位の加わった回路の端子や、マイナス電位のグランド回路の端子が共存している状態である。各々の端子は、コネクタのキャビティと呼ばれる樹脂製のハウジングに挿入固定され、１００ＭΩ以上のインピーダンスで絶縁されている。また、一般的な自動車等の車両で使われているバッテリ電源の電圧は２４Ｖ以下が通常である。よって、端子間に流れる電流は０．２μＡ以下の極微小なものであり、トラッキング短絡が開始するには少なくとも５０ｍＡが必要とされているため、通常時には問題は生じない。しかしながら、自動車等の内燃機関に直接、装着されるモータジェネレータにおいては、運転を続けるなかで、内燃機関の振動あるいは急加減速を繰り返す角加速度による振動の影響を受け、コネクタ接続端子部に振動が伝播され、コネクタ接続端子部を外部から侵入を防止しているパッキンが摩耗する。その摩耗した空隙部からコネクタの内部に埃、水分等が入り湿潤状態になると、端子間のインピーダンスが低くなり微小の電流が端子間に流れるようになる。特に、電解質の液体（特に融雪塩水など）が入った場合は、かなり低いインピーダンスの値となり比較的大きな電流が流れ易い。このようにして発生する電流放電に起因しコネクタが損傷する問題がある。

このような問題に対して、本実施の形態１では、回転電機側コネクタの接続サイドの向きは、プーリのベルトのかかる幅方向と直交する方向よりも、プーリから離れる側に傾斜しているので、回転電機側コネクタへの外部からの侵入を防止しているパッキンが摩耗したとしても、駆動ベルト摩耗粉が、回転電機側コネクタへ侵入することを抑制することができる。また、特に、回転電機側コネクタの接続サイドが、回転軸の延長方向に関してみた場合、プーリの反対側を指向していれば、より顕著にベルト摩耗粉の侵入を抑制することができる。しかも、かかる駆動ベルト摩耗粉の回転電機側コネクタへの侵入抑制は、ベルト磨耗粉飛散防止用のカバーに頼るものではないので、部品点数の増加を避けることができ、安価に実施することができる。加えて、ベルト交換時のメンテナンス性も良好に維持したまま、ベルト摩耗粉の侵入抑制効果を得ることができる。なお、４本のコネクタ端子はそれぞれ電位差を有しているため、トラッキング現象の進行は速いことに鑑みると、本実施の形態１のような制御装置一体型回転電機においては、上述したベルト摩耗粉の侵入抑制効果は、極めて有益なものである。

また、回転電機側コネクタは、カバーにおける固定子回路部との反対側に配置されているので、すなわち、回転電機側コネクタは、制御装置一体型回転電機の大きな発熱源である固定子巻線と固定子回路部とから充分に離隔されているので、輻射熱の影響を受けず、コネクタの発熱を抑制することができ、回転電機側コネクタ（回転電機側コネクタ端子）の接触抵抗変化がなく、通信誤差の少ない通信制御を行うことができる。

また、制御回路を備えたプーリント基板からなる制御基板は、基板収容部内に収容されて固定され、回転軸に対して直交するように配置されているので、軸方向の短縮化が図れ、小型化が実現できる。

また、回転電機側コネクタには、コネクタターミナルがインサートモールド成形により設けられており、コネクタターミナルはＵ字状をなしているので、それぞれの端子を露出させるために必要なインサートモールド成形金型に関して、略同一方向で樹脂成形のマスキングがされるので、成形金型が容易に形成できる。また、略Ｕ字状にコネクタターミナルが形成されるので、曲げ成形が容易にでき、材料歩留まりが向上する。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

１制御装置一体型回転電機、３回転軸、５ロータ、７ステータ、９フロントケース、１０リヤケース、１１プーリ、１３制御回路部、１５回転電機側コネクタ、１５ａ接続サイド、２９固定子回路部、３１界磁回路部、４７カバー、４９コネクタターミナル、５１ａ〜５１ｄ回転電機側コネクタ端子、５３制御基板接続端子部。

Claims

回転軸に一体的に支持されたロータと、
前記ロータに対向して設けられたステータと、
前記ロータ及びステータを収容するフロントケース及びリヤケースと、
前記回転軸の前記フロントケースから突出した部分に設けられたプーリと、
前記リヤケースの外側に設けられた制御回路部と、
前記制御回路部を覆うカバーと、
前記カバーの外側に設けられた、前記制御回路部に対する回転電機側コネクタとを備え、
前記回転電機側コネクタの接続サイドの向きは、前記プーリのベルトのかかる幅方向と直交する方向よりも、該プーリから離れる側に傾斜している、
制御装置一体型回転電機。
前記回転電機側コネクタの接続サイドの向きは、前記プーリのベルトのかかる幅方向を、角度ゼロ度の基準線とした場合、１０８度〜２５２度の角度範囲を指向している、
請求項１の制御装置一体型回転電機。
前記回転電機側コネクタの接続サイドは、前記回転軸の延長方向に関してみた場合、前記プーリの反対側を指向している、
請求項１又は２の制御装置一体型回転電機。
前記リヤケースの外側には、固定子回路部が設けられており、
前記固定子回路部は、前記カバーによって覆われており、
前記回転電機側コネクタは、前記カバーにおける前記固定子回路部との反対側に配置されている、
請求項１〜３の何れか一項の制御装置一体型回転電機。
前記制御回路部の制御基板は、前記回転軸に対して直交する方向に配置されている、
請求項１〜４の何れか一項の制御装置一体型回転電機。
前記回転電機側コネクタには、コネクタターミナルがインサートモールド成形により設けられており、
前記コネクタターミナルはＵ字状をなしている、
請求項１〜５の何れか一項の制御装置一体型回転電機。