特許ウォッチ

公開番号2025025018
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-21
出願番号2023129451
出願日2023-08-08
発明の名称巻線界磁型回転電機
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 19/36 20060101AFI20250214BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】界磁電流に応じて生じる磁束を適正に検出し、ひいては界磁電流の推定を可能とする巻線界磁型回転電機を提供する。
【解決手段】巻線界磁型の回転電機40において、ロータ60は、周方向に並ぶ磁極ごとに設けられた主極部62を有するロータコア61と、主極部62に巻回された界磁巻線70とを有する。ロータコア61には回転軸32が一体化されている。回転軸32は、強磁性体材料よりなる。軸巻線151は、回転軸32に巻回され、界磁巻線70に流れる界磁電流により通電される。磁気センサ152は、回転軸32の軸方向端部に設けられ、軸巻線151の通電により生じる磁束を検出する。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
ステータ巻線（５２）を有するステータ（５０）と、
周方向に並ぶ磁極ごとに設けられ径方向に突出する主極部（６２）を有するロータコア（６１）と、前記主極部に巻回された界磁巻線（７０）とを有するロータ（６０）と、
前記ロータコアに一体化された回転軸（３２）と、を備え、
前記界磁巻線に界磁電流を誘起させるための高周波電流が前記ステータ巻線に流れる巻線界磁型回転電機（４０）であって、
前記回転軸は、強磁性体材料よりなり、
前記回転軸に巻回され、前記界磁巻線に流れる界磁電流により通電される軸巻線（１５１）と、
前記回転軸の軸方向端部に設けられ、前記軸巻線の通電により生じる磁束を検出する磁束検出部（１５２）と、
を備える、巻線界磁型回転電機。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記回転軸の軸線が直線状に延びる方向において前記磁束検出部を挟んで前記回転軸の反対側に、前記回転軸の軸方向端面から流出する磁束を集める集磁部材（１５３）が設けられている、請求項１に記載の巻線界磁型回転電機。
【請求項３】
前記界磁巻線は、第１巻線部（７１ａ）及び第２巻線部（７１ｂ）を有し、前記第１巻線部の第１端及び第２端と前記第２巻線部の第１端及び第２端とのうち、前記第１巻線部の第２端と前記第２巻線部の第１端との電気的な接続により前記各巻線部が直列に接続されており、
前記第１巻線部及び前記第２巻線部の直列接続体の両端にダイオード（９３）が接続されるとともに、前記第２巻線部に並列にコンデンサ（９１）が接続されており、
前記第１巻線部と前記コンデンサと前記ダイオードとを含む直列共振回路において前記第１巻線部の第１端側又は第２端側に、当該第１巻線部に直列に前記軸巻線として第１軸巻線（１５１Ａ）が接続され、
前記第２巻線部と前記コンデンサとを含む並列共振回路において前記第２巻線部の第１端側又は第２端側に、当該第２巻線部に直列に前記軸巻線として第２軸巻線（１５１Ｂ）が接続されている、請求項１又は２に記載の巻線界磁型回転電機。
【請求項４】
前記第１軸巻線及び前記第２軸巻線の巻き数比は、前記第１巻線部及び前記第２巻線部の巻き数比と等しい、請求項３に記載の巻線界磁型回転電機。
【請求項５】
前記ロータは、前記第１巻線部、前記第２巻線部、前記ダイオード及び前記コンデンサを電気的に接続して前記直列共振回路及び前記並列共振回路を構成する回路モジュール（１０２）を有し、
前記回路モジュールは、前記第１巻線部の第１端側及び第２端側の導線端部（１２５）、並びに前記第２巻線部の第１端側及び第２端側の導線端部（１２６）を保持する導線保持部（１３２）を有し、
前記導線保持部に保持された前記第１巻線部の第１端側又は第２端側の導線端部に、前記第１軸巻線が接続され、
前記導線保持部に保持された前記第２巻線部の第１端側又は第２端側の導線端部に、前記第２軸巻線が接続されている、請求項３に記載の巻線界磁型回転電機。
【請求項６】
前記界磁巻線は、第１巻線部（７１ａ）及び第２巻線部（７１ｂ）を有し、前記第１巻線部の第１端及び第２端と前記第２巻線部の第１端及び第２端とのうち、前記第１巻線部の第２端と前記第２巻線部の第１端との電気的な接続により前記各巻線部が直列に接続されており、
前記第１巻線部の第１端と前記第２巻線部の第２端との間にダイオード（９３）が接続されるとともに、前記第２巻線部に並列にコンデンサ（９１）が接続されており、
前記第１巻線部と前記コンデンサと前記ダイオードとを含む直列共振回路において前記第１巻線部の第１端側又は第２端側に、当該第１巻線部に直列に前記軸巻線が接続されている、請求項１又は２に記載の巻線界磁型回転電機。
【請求項７】
前記界磁巻線は、第１巻線部（７１ａ）及び第２巻線部（７１ｂ）を有し、前記第１巻線部の第１端及び第２端と前記第２巻線部の第１端及び第２端とのうち、前記第１巻線部の第２端と前記第２巻線部の第１端との電気的な接続により前記各巻線部が直列に接続されており、
前記第１巻線部の第１端と前記第２巻線部の第２端との間にダイオード（９３）が接続されるとともに、前記第２巻線部に並列にコンデンサ（９１）が接続されており、
前記第２巻線部と前記コンデンサとを含む並列共振回路において前記第２巻線部の第１端側又は第２端側に、当該第２巻線部に直列に前記軸巻線が接続されている、請求項１又は２に記載の巻線界磁型回転電機。
【請求項８】
前記回転軸には、前記軸巻線が巻回された状態で当該軸巻線を樹脂封止する樹脂封止部（１５５）が設けられている、請求項１又は２に記載の巻線界磁型回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、巻線界磁型回転電機に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
巻線界磁型回転電機では、ロータにおいて、ロータコアの各主極部（磁気突極部）に界磁巻線が巻回され、その界磁巻線の通電に伴い主極部ごとに磁極が形成される。また、ブラシレス構造の巻線界磁型回転電機において、ロータの界磁電流を検出する技術が知られている。例えば特許文献１に記載の技術では、交流励磁機における空隙磁束のｑ軸成分を検出して電圧波形を出力するｑ軸巻線を備え、交流励磁機の単体試験時に、交流励磁機に流れる直流出力電流と、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持するとともに、ブラシレス同期機の動作時に、ｑ軸巻線出力電圧が出力する電圧波形の電圧レベルと、基準校正値との積を演算して界磁電流を求めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１０－３０９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の技術は、界磁電流に対するｑ軸巻線の電圧波形の直線性を用い、予め抽出しておいた基準校正値と、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの積を求めることにより界磁電流を推定するものであり、ｑ軸巻線の電圧波形を用いて界磁電流を間接的に求めるものとしている。この場合、上記の推定アルゴリズムは、制御装置（マイコン）の演算負荷の圧迫を招くことが懸念される。なお、上記技術では、サージ電圧に対する処理も必要になることも考えられる。
【０００５】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、界磁電流に応じて生じる磁束を適正に検出し、ひいては界磁電流の推定を可能とする巻線界磁型回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
ステータ巻線を有するステータと、
周方向に並ぶ磁極ごとに設けられ径方向に突出する主極部を有するロータコアと、前記主極部に巻回された界磁巻線とを有するロータと、
前記ロータコアに一体化された回転軸と、を備え、
前記界磁巻線に界磁電流を誘起させるための高周波電流が前記ステータ巻線に流れる巻線界磁型回転電機であって、
前記回転軸は、強磁性体材料よりなり、
前記回転軸に巻回され、前記界磁巻線に流れる界磁電流により通電される軸巻線と、
前記回転軸の軸方向端部に設けられ、前記軸巻線の通電により生じる磁束を検出する磁束検出部と、
を備える。
【０００７】
上記構成の巻線界磁型回転電機では、ステータ巻線に高周波電流を流すことに伴い、界磁巻線に界磁電流が誘起される。この場合、強磁性体材料よりなる回転軸に、界磁巻線に流れる界磁電流により通電される軸巻線が巻回されていることで、回転軸の軸線方向に磁束が生じる。そして、回転軸の軸方向端部に設けられた磁束検出部により、軸巻線の通電により生じる磁束が検出される。本構成では、界磁電流により生じる磁束量を直接的に検出することができる。その結果、界磁電流に応じて生じる磁束を適正に検出し、ひいては界磁電流の推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
回転電機の制御システムの全体構成図。
インバータ及びその周辺構成を示す図。
ロータ及びステータの横断面図。
ロータが備える電気回路を示す図。
ロータの全体の構成を示す斜視図。
ロータの分解斜視図。
ロータの縦断面図。
ロータ主部において、巻線ユニットを分解して示す斜視図。
ロータ主部の横断面図。
回転電機の構成を簡略化して示す縦断面図。
ロータの共振回路において軸巻線の接続位置を示す電気回路図。
各巻線部におけるコイル体の接続に関する構成を示す斜視図。
第１巻線部及び第２巻線部等と軸巻線との接続に関する構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示に係る回転電機を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。回転電機は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両において走行動力源として用いられる。
【００１０】
まず、図１を用いて、回転電機を備える制御システムについて説明する。制御システムは、直流電源１０、インバータ２０、制御装置３０及び回転電機４０を備えている。回転電機４０は、巻線界磁型の同期機である。例えば、回転電機４０、インバータ２０及び制御装置３０は機電一体型駆動装置として構成されていてもよいし、回転電機４０、インバータ２０及び制御装置３０それぞれが各コンポーネントで構成されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許