JP7133970B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は、発進装置の外周に配置されるブラシレス巻線界磁型回転電機に関する。
特許文献１には、ドライブプレートが連結されたトルクコンバータが開示されている。
前記トルクコンバータでは、そのケースに溶接されたナットもしくはボルトに対して、ドライブプレートがボルトもしくはナットで締結されているため、部品点数が増加するおそれがある。部品点数が増加すると、トルクコンバータを備えた回転電機の小型軽量化あるいは構造の簡素化を図ることが難しくなる場合がある。
本発明の目的は、部品点数の増加を抑制できる回転電機を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の１つの態様によれば、発進装置を内包するケースと前記発進装置との間に位置するブラシレス巻線界磁型回転電機であって、前記ケースに保持され、交流電流により回転磁界を発生する交流コイルを備えた固定子と、前記ケースに保持され、直流電流により励磁する界磁コイルを備えた界磁コアと、前記発進装置の外周に配置され、前記固定子及び前記界磁コイルに対し回転軸周りに回転自在に保持される回転子とを備え、前記回転子が、前記回転軸沿いのエンジンと同期回転する同期回転部材に対向する対向面に、前記同期回転部材に対して連結可能な連結部を有している、回転電機を提供する。
本発明の前記態様によれば、回転子が、同期回転部材に対して連結可能な連結部を有している。このため、発進装置と同期回転部材とを連結するための部材を省略して、部品点数の増加を抑制可能な回転電機を実現できる。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる回転電機１０は、図１～図２Ｂに示すように、発進装置４を内包するケース５と発進装置４との間に位置するブラシレス巻線界磁型回転電機１０である。この回転電機１０は、少なくとも、固定子３と、界磁コイル２と、回転子１とを備えている。第１実施形態の回転電機１０は、一例として、回転軸７沿いのエンジン８と変速機９との間に配置されているが、このような配置に限られるものではない。例えば、オルタネータと置換して配置してもよいし、変速機９と車輪との間に配置するなど、任意の位置に配置してもよい。
本発明の第１実施形態にかかる回転電機１０は、図１～図２Ｂに示すように、発進装置４を内包するケース５と発進装置４との間に位置するブラシレス巻線界磁型回転電機１０である。この回転電機１０は、少なくとも、固定子３と、界磁コイル２と、回転子１とを備えている。第１実施形態の回転電機１０は、一例として、回転軸７沿いのエンジン８と変速機９との間に配置されているが、このような配置に限られるものではない。例えば、オルタネータと置換して配置してもよいし、変速機９と車輪との間に配置するなど、任意の位置に配置してもよい。
固定子３は、ケース５に回転不可に固定保持され、交流コイル１４を巻回するための複数のスロットを具備する円筒状の部材で構成され、交流コイル１４を備えて、交流コイル１４に流れる交流電流により回転磁界を発生する。
界磁コイル２は、固定子３及び回転子１よりも回転軸７沿いにずらせて配置されて、固定子３の変速機９側でケース５に固定保持され、直流電流により励磁する。界磁コア６は、界磁コイル２を備えている。なお、界磁コイル２は、固定子３及び回転子１よりも回転軸７沿いに、固定子３の変速機９側ではなく、第２エアギャップ１２を介して固定子３のエンジン側にずらせて配置してもよい（図１の一点鎖線の領域８９を参照）。
回転子１は、発進装置４の外周に固定配置され、回転子１の外周面が固定子３の内周面に対向し、かつ、回転子１の変速機側の端面が界磁コイル２のエンジン側の端面に対向して、回転軸７の周りで固定子３及び界磁コイル２に対し回転自在に保持されている。
また、図１に示すように、回転子１は、連結部３１を有し、この連結部３１を介してエンジン８の出力軸と同期回転する同期回転部材３０に連結され、かつ、エンジン８の出力軸の中心軸を回転軸７としている。よって、エンジン８の出力軸と回転電機１０の回転軸７とは、同一中心軸を持つことになる。
第１実施形態は、一例として、発進装置４がトルクコンバータであり、同期回転部材３０がトルクコンバータのエンジン側に連結されるドライブプレートである場合について説明する。なお、発進装置４として、摩擦式クラッチ装置を用いることもできる。
図２に示すように、連結部３１は、回転子１の同期回転部材３０に対向する対向面２２１に設けられている。詳しくは、連結部３１は、対向面２２１から回転軸７の延在方向に突出するボルト状を有し、回転子１の第２磁極２２における後述する第２円環部２２ａの対向面２２１でかつ後述する凸部２２ｂの径方向内側に配置されている。なお、第１実施形態の回転子１は、一例として、回転軸７の周方向に間隔を空けて配置された複数の連結部３１を有している。
固定子３と回転子１との間には、第１エアギャップ１１が形成されて、固定子３と回転子１との間で磁束を受け渡している。第１エアギャップ１１は、固定子３の内周面と回転子１の外周面との間で回転軸７の軸方向沿いに延在する隙間である。
界磁コア６と回転子１との間には、第２エアギャップ１２が形成されて、界磁コイル２と回転子１との間で磁束を受け渡している。第２エアギャップ１２は、界磁コア６と回転子１との間で回転子１の回転軸７の軸方向の変速機側の端面と界磁コア６のエンジン側の端面において、回転軸７の軸方向とは垂直な径方向沿いに延在する隙間である。
よって、界磁コイル２は、回転子１に対して、第２エアギャップ１２を介して回転軸７の軸方向にずらされて並列して配置されている。
一方、図３～図６に示すように、回転子１は、第１磁極２１と、第２磁極２２とが組み合わされて構成されている。なお、図３のＡ－Ａ線断面図が図１の中央の回転電機１０と発進装置４などの断面図である。また、図５および図６では、連結部３１を省略している。
第１磁極２１は、例えば鉄などの軟磁性体で構成され、第１円環部２１ａから回転軸７の軸方向に突き出た複数の例えば矩形薄板状の爪部２１ｂを有している。爪部２１ｂは、周方向に一定間隔、例えば等間隔に配置され、回転軸７の軸方向の長さはすべて同じである。各爪部２１ｂの外周面は第１円環部２１ａの外周面沿いに配置されている。爪部２１ｂは、第１磁極２１と第２磁極２２とが組み合わされても、第２磁極２２とは非接触であり、径方向には径方向隙間１６が形成されている。
第２磁極２２は、例えば鉄などの軟磁性体で構成され、第１磁極（この実施形態では、第１円環部２１ａ）の内側に径方向隙間１６をあけて配置され、第１磁極（この実施形態では、第１円環部２１ａ）と部分的に重なるように配置された第２円環部２２ａの外周面に径方向に突出しかつ周方向には周方向隙間１７を有して配置された複数の例えば矩形板状の凸部２２ｂを有している。凸部２２ｂも、周方向に一定間隔、例えば等間隔に配置され、径方向の高さはすべて同じである。凸部２２ｂの回転軸７の軸方向の長さはすべて同じであり、爪部２１ｂよりも短くなっている。各凸部２２ｂの外周面は回転子１の回転軸心と同一中心の１つの円上に配置されている。各凸部２２ｂは、第２円環部２２ａのエンジン側の端縁まで延びて第１先端係止部２２ｃを形成する一方、第２円環部２２ａの変速機側には端縁まで延びずに、凸部２２ｂが無く細幅の円環状のはめ込み部２２ｄを形成している。第１磁極２１を第２磁極２２に対して軸方向に移動させて、第１磁極２１の各爪部２１ｂを隣接する凸部２２ｂ間の周方向隙間１７の中間部に挿入して、爪部２１ｂと凸部２２ｂとが周方向に交互に配置されように組み付ける。このとき、はめ込み部２２ｄの外側に、径方向隙間１６を挟んで第１磁極２１の第１円環部２１ａを配置できるようにしている。組み付けた状態では、図５に示すように、凸部２２ｂと第１円環部２１ａとの間に軸方向隙間１９があり、爪部２１ｂと第２磁極２２の凸部２２ｂとの間には、周方向に周方向隙間１７があり、かつ、径方向にも径方向隙間１６がある。よって、第１磁極２１と第２磁極２２とは、径方向において第１磁極２１と第２磁極２２との間に配置された非磁性体の部材により、非接触に維持されている。
以上のように構成された回転電機１０においては、界磁コイル２が通電されると、界磁コイル磁束１５が発生する。界磁コイル磁束１５は、界磁コア６から、第２エアギャップ１２と回転子１の第１磁極２１と第１エアギャップ１１と固定子３と第１エアギャップ１１と回転子１の第２磁極２２と第２エアギャップ１２とを介して、界磁コア６に戻ることにより構成されている。このとき、例えば、直流電流が界磁コイル２に通電されれば、界磁コイル磁束１５を発生させ、第１磁極２１と第２磁極２２とは、それぞれ、例えばＮ極とＳ極とにそれぞれ磁化されている。
このような回転電機１０において、まず、回転電機１０をスタータとして始動機能を発揮させる場合について説明する。エンジン８の始動指令に基づき、図示しないインバータを駆動して固定子３に三相交流電流を流して固定子３を磁化するとともに、界磁コイル２に電流を流す。界磁コイル２に電流を流して、回転子１の第１磁極２１と第２磁極２２とを励磁する。この結果、回転子１が固定子３に対して回転を開始するとともに、固定子３において誘起電圧を有する起電力が発生する。
その後、誘起電圧は回転子１の回転速度に応じて増加し、回転速度がエンジン８のアイドリングに対応するアイドリング回転速度より低い初爆の回転速度に到達し、エンジン8の始動を完了したとき、インバータの駆動を停止し、以後、所定の誘起電圧（要求電圧）を保持するように、自動的に発電モード、すなわち、回転電機１０を発電機として発電機能を発揮させる場合に移行する。
この発電モードでは、界磁コイル２を励磁し続けるときは、誘起電圧が所定の誘起電圧で一定になるように、励磁電流を調整する。励磁電流は、回転速度の上昇にあわせて回転子の磁化力が減じるように調整し、誘起電圧が一定となるようにする。また、界磁コイル２を励磁しないときは、誘起電圧が所定の誘起電圧で一定になるようにインバータで三相交流電流の進角を調整する。さらに、上記２つの方法を組み合わせて調整してもよい。このように制御することで、回転子１が回転すると、回転電機１０は発電機として機能することになる。
この結果、エンジン８と回転電機１０とを連結することで、エンジン始動を可能とし、かつ走行中はジェネレータ（発電機）として機能する事ができる。
第１実施形態の回転電機１０では、回転子１が、同期回転部材３０に対して連結可能な連結部３１を有している。このため、発進装置４と同期回転部材３０とを連結するための部材を省略して、部品点数の増加を抑制可能な回転電機１０を実現できる。
また、連結部３１が、第２円環部２２の対向面２２１でかつ凸部２２ｂの径方向の内側に配置されている。これにより、第２磁極の磁路が狭くなるのを回避しつつ、連結部３１を回転子１に設けることができる。
なお、連結部３１は、ボルト状に限らず、図７に示すように、ナット状であってもよい。すなわち、連結部３１は、ボルト状またはナット状を有することができる。これにより、回転電機１０の設計の自由度が高まる。
を有している。
を有している。
また、回転子１が、回転軸７の周方向に間隔を空けて配置された複数の連結部３１を有している。これにより、回転子１を同期回転部材３０により確実に連結することができる。なお、連結部３１は、少なくとも１つ設けられていればよい。
（第２実施形態）
図８および図９に示すように、本発明の第２実施形態として、第１実施形態の構成において、連結部３１に環状の段部３２を設けた構造としてもよい。
図８および図９に示すように、本発明の第２実施形態として、第１実施形態の構成において、連結部３１に環状の段部３２を設けた構造としてもよい。
より具体的には、図８に示すように、連結部３１がボルト状である場合は、連結部３１の第２円環部２２ａ側の端部に段部３２が設けられ、図９に示すように、連結部３１がナット状である場合は、第２円環部２２ａの対向面２２１に開口する開口部３３の周囲に段部３２が設けられている。
このように構成することで、連結部３１の強度を高め連結部３１が鉄等の磁性体の場合に第１磁極と第２磁極の間の磁気ショートを防止することができる。これにより、磁気的な悪影響を抑制しながら回転子１を同期回転部材３０により確実に連結することができる。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明の前記態様にかかる回転電機は、例えば、車両、あるいは、発電装置に適用できる。
１ 回転子
２ 界磁コイル
３ 固定子
４ 発進装置
５ ケース
６ 界磁コア
７ 回転軸
８ エンジン
９ 変速機
１０ ブラシレス巻線界磁型回転電機
１１ 第１エアギャップ
１２ 第２エアギャップ
１４ 交流コイル
１５ 界磁コイル磁束
１６ 径方向隙間
１７ 周方向隙間
１９ 軸方向隙間
２１ 第１磁極
２１ａ 第１円環部
２１ｂ 爪部
２２ 第２磁極
２２ａ 第２円環部
２２ｂ 凸部
２２ｃ 第２先端係止部
２２ｄ はめ込み部
２２１ 対向面
３０ 同期回転部材
３１ 連結部
３２ 段部
３３ 開口部
８９ 固定子のエンジン側にずらせて配置した界磁コイルの領域
２ 界磁コイル
３ 固定子
４ 発進装置
５ ケース
６ 界磁コア
７ 回転軸
８ エンジン
９ 変速機
１０ ブラシレス巻線界磁型回転電機
１１ 第１エアギャップ
１２ 第２エアギャップ
１４ 交流コイル
１５ 界磁コイル磁束
１６ 径方向隙間
１７ 周方向隙間
１９ 軸方向隙間
２１ 第１磁極
２１ａ 第１円環部
２１ｂ 爪部
２２ 第２磁極
２２ａ 第２円環部
２２ｂ 凸部
２２ｃ 第２先端係止部
２２ｄ はめ込み部
２２１ 対向面
３０ 同期回転部材
３１ 連結部
３２ 段部
３３ 開口部
８９ 固定子のエンジン側にずらせて配置した界磁コイルの領域
Claims (3)
- 発進装置を内包するケースと前記発進装置との間に位置するブラシレス巻線界磁型回転電機であって、
前記ケースに保持され、交流電流により回転磁界を発生する交流コイルを備えた固定子と、
前記ケースに保持され、直流電流により励磁する界磁コイルを備えた界磁コアと、
前記発進装置の外周に配置され、前記固定子及び前記界磁コイルに対し回転軸周りに回転自在に保持される回転子と
を備え、
前記回転子が、前記回転軸沿いのエンジンと同期回転する同期回転部材に対向する対向面に、前記同期回転部材に対して連結可能な連結部を有し、
前記回転子が、
第１円環部から前記回転軸の軸方向に突き出た複数の爪部を持つ第１磁極と、
前記第１磁極の内側に径方向隙間をあけて配置され、前記第１磁極と部分的に重なるように配置された第２円環部の外周面に径方向に突出しかつ周方向には周方向隙間を有して配置された複数の凸部を持つ第２磁極と
で構成され、
前記第１磁極と前記第２磁極とは、互いに接触することなく配置されていると共に、前記第１磁極の前記爪部が前記第２磁極の前記凸部と前記凸部との間の前記周方向隙間内に挿入されて、前記第１磁極の前記爪部と、前記第２磁極の前記凸部とが周方向に交互に配置され、
前記連結部が、前記第２円環部の前記対向面でかつ前記凸部の径方向の内側に配置されている、回転電機。 - 前記連結部が、ボルト状またはナット状を有している、請求項１の回転電機。
- 前記回転子が、前記回転軸の周方向に間隔を空けて配置された複数の前記連結部を有する、請求項１または２の回転電機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018087325A JP7133970B2 (ja) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 回転電機 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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