電動機
【課題】ブラシレスの電動機を小型軽量化する。
【解決手段】ステータコイル７と、ロータコイル６と、ロータコイル６と一体に回転するロータ軸４と、ステータコイル７に交流電圧を加える三相インバータ１２と、ロータコイル６の界磁用交流電源である単相インバータ１３と、ロータ軸４と一体に設けられ、単相インバータ１３から加えられる交流電圧を整流してロータコイル６に加える整流器１１と、ロータ軸４と相対回転可能にロータ軸４の外側に対向配置され単相インバータ１３に電気接続される電極１０と、ロータ軸４と一体に設けられ、且つ、電極１０と離間して対向配置され整流器１１に電気接続される電極９と、を備え、電極９，１０によりコンデンサ２０を形成する。
【解決手段】ステータコイル７と、ロータコイル６と、ロータコイル６と一体に回転するロータ軸４と、ステータコイル７に交流電圧を加える三相インバータ１２と、ロータコイル６の界磁用交流電源である単相インバータ１３と、ロータ軸４と一体に設けられ、単相インバータ１３から加えられる交流電圧を整流してロータコイル６に加える整流器１１と、ロータ軸４と相対回転可能にロータ軸４の外側に対向配置され単相インバータ１３に電気接続される電極１０と、ロータ軸４と一体に設けられ、且つ、電極１０と離間して対向配置され整流器１１に電気接続される電極９と、を備え、電極９，１０によりコンデンサ２０を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機には、ロータコイルの界磁用電源である交流電圧を回転トランスによりロータ側に供給し、ロータ軸側に設置された整流器で整流してロータコイルに直流電圧を印加し、励磁する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２６１５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回転トランスは巻線が必須の構成となるため大型化が否めず、電動機の小型化を図る上で障害となっていた。
そこで、この発明は、回転トランスに変わる電気機器を用いてロータ側に交流電圧を供給することができ、且つ小型化も可能な電動機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係る電動機では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、ステータコイル（例えば、後述する実施例におけるステータコイル７）と、ロータコイル（例えば、後述する実施例におけるロータコイル６）と、前記ロータコイルと一体に回転するロータ軸（例えば、後述する実施例におけるロータ軸４）と、前記ステータコイルに交流電圧を加える第１の電圧制御部（例えば、後述する実施例における三相インバータ１２）と、前記ロータコイルの界磁用交流電源である第２の電圧制御部（例えば、後述する実施例における単相インバータ１３）と、前記ロータ軸と一体に設けられ、前記第２の電圧制御部から加えられる交流電圧を整流して前記ロータコイルに加える整流器（例えば、後述する実施例における整流器１１）と、前記ロータ軸に対して相対回転可能に該ロータ軸の外側に対向配置され前記第２の電圧制御部に電気接続される第１の電極（例えば、後述する実施例における電極１０）と、前記ロータ軸と一体に設けられ、且つ、前記第１の電極と離間して対向配置され、前記整流器に電気接続される第２の電極（例えば、後述する実施例における電極９）と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極によりコンデンサ（例えば、後述する実施例におけるコンデンサ２０）を形成することを特徴とする電動機（例えば、後述する実施例における電動機１）である。
このように構成することにより、第２の電圧制御部から加えられる交流電圧を第１の電極と第２の電極とからなるコンデンサを介して整流器に加えることができ、整流器で整流した出力電圧（直流電圧）をロータコイルに加えることができる。つまり、コンデンサを用いることで、回転トランスを用いることなく交流電圧をロータ側に供給することができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記第１の電極と前記第２の電極との間に誘電体を封入することを特徴とする.
このように電極間に誘電体を封入することにより、コンデンサの静電容量が大きくなり、交流電流が流れ易くなる。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る発明によれば、コンデンサを用いることにより回転トランスを用いることなく交流電圧をロータ側に供給することができるので、電動機を小型軽量化することができる。
請求項２に係る発明によれば、コンデンサの静電容量が大きくなり、交流電流が流れ易くなるので、損失を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明に係る電動機の一実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例における電動機は、燃料電池車両の車両駆動用ＤＣブラシレスモータとしての態様である。
【０００８】
電動機１は、図１に示すように、軸受２，３によって回転可能に支持されたロータ軸４と、ロータ軸４に固定されたロータ５と、ロータ５の外周部に巻き付けられたロータコイル６と、ロータ軸４と同心上に環状に配置されロータコイル６から若干離間した外側に対向配置されたステータコイル７と、を備えている。ロータコイル６はロータ軸４と一体となって回転し、ステータコイル７は図示しないモータハウジングに固定され、回転不能にされている。
【０００９】
また、図２に示すように、ロータ５と一方の軸受２との間に位置するロータ軸４には、絶縁材からなる円筒状の絶縁体８が固定されている。
さらに、絶縁体８の外周であって軸受２に近い側には、筒状の電極（第２の電極）９が固定されており、この電極９の外側に筒状の他の電極（第１の電極）１０が対向配置されている。電極１０は前記モータハウジングに連結されており、固定系にされている。つまり、電極９はロータ軸４と一体となって回転可能であり、固定系の電極１０はロータ軸４に対して相対回転可能と言える。これら電極９，１０の間には全周に亘って均一間隔の空間１５が形成されており、これら電極９，１０はコンデンサ２０を形成する。
【００１０】
一方、絶縁体８の外周であってロータ５に近い側には、整流器１１が固定されている。整流器１１の交流入力側は電極９とロータ軸４に電気接続されており、整流器１１の整流出力側はロータコイル６に電気接続されている。
モータ駆動用電源（例えば、燃料電池や蓄電池）の直流電力は三相インバータ１２によって三相交流電力に変換されステータコイル７に供給され、これによりロータコイル６の外側に回転磁界を形成することができる。
【００１１】
また、前記モータ駆動用電源の直流電力は、単相インバータ１３によって単相交流電力に変換されてロータコイル６の界磁用交流電源とされ、電極１０と軸受２との間に供給される。これにより、単相交流は、単相インバータ１３、コンデンサ２０、整流器１１、ロータ軸４、軸受２を通る閉回路を流れ、整流器１１に単相交流電力を供給することができる。そして、単相交流は整流器１１により整流され、直流電圧としてロータコイル６に印加される。図４は、このように構成された電動機１の電気回路を示す。
【００１２】
なお、ロータ軸４にはロータ位置検出センサ１４が取り付けられており、このロータ位置検出センサ１４により検出されるロータ軸４の回転位置に基づいて三相インバータ１２が制御される。すなわち、電動機１に対する要求回転数あるいは要求トルク、およびロータ位置検出センサ１４から入力したロータ位置情報に基づいて、図示しない制御装置がステータコイル７に対する適切な供給電流、周波数、位相、界磁電力を算出し、三相インバータ１２を制御する。
また、単相インバータ１３についても電動機１に対する要求回転数あるいは要求トルクに応じて制御する。
【００１３】
このように構成された電動機１においては、コンデンサ２０の電極９，１０が相対回転可能であり、電極９はロータ軸４に固定されてロータ軸４と同期して回転し、電極１０は固定系となっているので、界磁用交流電源である単相インバータ１３の単相交流電力を、コンデンサ２０を介して回転体であるロータ５側に供給することができる。
【００１４】
しかも、電極９をロータ軸４に固定し、電極１０を電極９の外側に対向配置することによりコンデンサ２０を構成しているので、従来の回転トランスの場合に必要だった巻線が不要となり、回転トランスよりも構成が簡単で小型軽量にできるという利点がある。
【００１５】
なお、空間１５は空気充填でもよいが、空間１５に誘電率の大きい誘電体を充填したり、空間１５の径方向幅を小さくすることで、コンデンサ２０の静電容量を大きくし、コンデンサ２０に電流を流し易くすることができる。例えば、空間１５に電気絶縁油を封入すると、電気絶縁油は誘電率が高いので静電容量を大きくでき、しかも潤滑剤としても機能するので効果的である。この場合には、空間１５から電気絶縁油が漏れないようにシール機構を設ける。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係る電動機の実施例における概略構成図である。
【図２】前記実施例の電動機における要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】前記実施例の電動機における電気回路図である。
【符号の説明】
【００１７】
１ 電動機
４ ロータ軸
６ ロータコイル
７ ステータコイル
９ 電極（第２の電極）
１０ 電極（第１の電極）
１１ 整流器
１２ 三相インバータ（第１の電圧制御部）
１３ 単相インバータ（第２の電圧制御部）
２０ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機には、ロータコイルの界磁用電源である交流電圧を回転トランスによりロータ側に供給し、ロータ軸側に設置された整流器で整流してロータコイルに直流電圧を印加し、励磁する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２６１５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回転トランスは巻線が必須の構成となるため大型化が否めず、電動機の小型化を図る上で障害となっていた。
そこで、この発明は、回転トランスに変わる電気機器を用いてロータ側に交流電圧を供給することができ、且つ小型化も可能な電動機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係る電動機では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、ステータコイル（例えば、後述する実施例におけるステータコイル７）と、ロータコイル（例えば、後述する実施例におけるロータコイル６）と、前記ロータコイルと一体に回転するロータ軸（例えば、後述する実施例におけるロータ軸４）と、前記ステータコイルに交流電圧を加える第１の電圧制御部（例えば、後述する実施例における三相インバータ１２）と、前記ロータコイルの界磁用交流電源である第２の電圧制御部（例えば、後述する実施例における単相インバータ１３）と、前記ロータ軸と一体に設けられ、前記第２の電圧制御部から加えられる交流電圧を整流して前記ロータコイルに加える整流器（例えば、後述する実施例における整流器１１）と、前記ロータ軸に対して相対回転可能に該ロータ軸の外側に対向配置され前記第２の電圧制御部に電気接続される第１の電極（例えば、後述する実施例における電極１０）と、前記ロータ軸と一体に設けられ、且つ、前記第１の電極と離間して対向配置され、前記整流器に電気接続される第２の電極（例えば、後述する実施例における電極９）と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極によりコンデンサ（例えば、後述する実施例におけるコンデンサ２０）を形成することを特徴とする電動機（例えば、後述する実施例における電動機１）である。
このように構成することにより、第２の電圧制御部から加えられる交流電圧を第１の電極と第２の電極とからなるコンデンサを介して整流器に加えることができ、整流器で整流した出力電圧（直流電圧）をロータコイルに加えることができる。つまり、コンデンサを用いることで、回転トランスを用いることなく交流電圧をロータ側に供給することができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記第１の電極と前記第２の電極との間に誘電体を封入することを特徴とする.
このように電極間に誘電体を封入することにより、コンデンサの静電容量が大きくなり、交流電流が流れ易くなる。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る発明によれば、コンデンサを用いることにより回転トランスを用いることなく交流電圧をロータ側に供給することができるので、電動機を小型軽量化することができる。
請求項２に係る発明によれば、コンデンサの静電容量が大きくなり、交流電流が流れ易くなるので、損失を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明に係る電動機の一実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例における電動機は、燃料電池車両の車両駆動用ＤＣブラシレスモータとしての態様である。
【０００８】
電動機１は、図１に示すように、軸受２，３によって回転可能に支持されたロータ軸４と、ロータ軸４に固定されたロータ５と、ロータ５の外周部に巻き付けられたロータコイル６と、ロータ軸４と同心上に環状に配置されロータコイル６から若干離間した外側に対向配置されたステータコイル７と、を備えている。ロータコイル６はロータ軸４と一体となって回転し、ステータコイル７は図示しないモータハウジングに固定され、回転不能にされている。
【０００９】
また、図２に示すように、ロータ５と一方の軸受２との間に位置するロータ軸４には、絶縁材からなる円筒状の絶縁体８が固定されている。
さらに、絶縁体８の外周であって軸受２に近い側には、筒状の電極（第２の電極）９が固定されており、この電極９の外側に筒状の他の電極（第１の電極）１０が対向配置されている。電極１０は前記モータハウジングに連結されており、固定系にされている。つまり、電極９はロータ軸４と一体となって回転可能であり、固定系の電極１０はロータ軸４に対して相対回転可能と言える。これら電極９，１０の間には全周に亘って均一間隔の空間１５が形成されており、これら電極９，１０はコンデンサ２０を形成する。
【００１０】
一方、絶縁体８の外周であってロータ５に近い側には、整流器１１が固定されている。整流器１１の交流入力側は電極９とロータ軸４に電気接続されており、整流器１１の整流出力側はロータコイル６に電気接続されている。
モータ駆動用電源（例えば、燃料電池や蓄電池）の直流電力は三相インバータ１２によって三相交流電力に変換されステータコイル７に供給され、これによりロータコイル６の外側に回転磁界を形成することができる。
【００１１】
また、前記モータ駆動用電源の直流電力は、単相インバータ１３によって単相交流電力に変換されてロータコイル６の界磁用交流電源とされ、電極１０と軸受２との間に供給される。これにより、単相交流は、単相インバータ１３、コンデンサ２０、整流器１１、ロータ軸４、軸受２を通る閉回路を流れ、整流器１１に単相交流電力を供給することができる。そして、単相交流は整流器１１により整流され、直流電圧としてロータコイル６に印加される。図４は、このように構成された電動機１の電気回路を示す。
【００１２】
なお、ロータ軸４にはロータ位置検出センサ１４が取り付けられており、このロータ位置検出センサ１４により検出されるロータ軸４の回転位置に基づいて三相インバータ１２が制御される。すなわち、電動機１に対する要求回転数あるいは要求トルク、およびロータ位置検出センサ１４から入力したロータ位置情報に基づいて、図示しない制御装置がステータコイル７に対する適切な供給電流、周波数、位相、界磁電力を算出し、三相インバータ１２を制御する。
また、単相インバータ１３についても電動機１に対する要求回転数あるいは要求トルクに応じて制御する。
【００１３】
このように構成された電動機１においては、コンデンサ２０の電極９，１０が相対回転可能であり、電極９はロータ軸４に固定されてロータ軸４と同期して回転し、電極１０は固定系となっているので、界磁用交流電源である単相インバータ１３の単相交流電力を、コンデンサ２０を介して回転体であるロータ５側に供給することができる。
【００１４】
しかも、電極９をロータ軸４に固定し、電極１０を電極９の外側に対向配置することによりコンデンサ２０を構成しているので、従来の回転トランスの場合に必要だった巻線が不要となり、回転トランスよりも構成が簡単で小型軽量にできるという利点がある。
【００１５】
なお、空間１５は空気充填でもよいが、空間１５に誘電率の大きい誘電体を充填したり、空間１５の径方向幅を小さくすることで、コンデンサ２０の静電容量を大きくし、コンデンサ２０に電流を流し易くすることができる。例えば、空間１５に電気絶縁油を封入すると、電気絶縁油は誘電率が高いので静電容量を大きくでき、しかも潤滑剤としても機能するので効果的である。この場合には、空間１５から電気絶縁油が漏れないようにシール機構を設ける。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係る電動機の実施例における概略構成図である。
【図２】前記実施例の電動機における要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】前記実施例の電動機における電気回路図である。
【符号の説明】
【００１７】
１ 電動機
４ ロータ軸
６ ロータコイル
７ ステータコイル
９ 電極（第２の電極）
１０ 電極（第１の電極）
１１ 整流器
１２ 三相インバータ（第１の電圧制御部）
１３ 単相インバータ（第２の電圧制御部）
２０ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルと、
ロータコイルと、
前記ロータコイルと一体に回転するロータ軸と、
前記ステータコイルに交流電圧を加える第１の電圧制御部と、
前記ロータコイルの界磁用交流電源である第２の電圧制御部と、
前記ロータ軸と一体に設けられ、前記第２の電圧制御部から加えられる交流電圧を整流して前記ロータコイルに加える整流器と、
前記ロータ軸に対して相対回転可能に該ロータ軸の外側に対向配置され前記第２の電圧制御部に電気接続される第１の電極と、
前記ロータ軸と一体に設けられ、且つ、前記第１の電極と離間して対向配置され、前記整流器に電気接続される第２の電極と、
を備え、前記第１の電極と前記第２の電極によりコンデンサを形成することを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に誘電体を封入することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１】
ステータコイルと、
ロータコイルと、
前記ロータコイルと一体に回転するロータ軸と、
前記ステータコイルに交流電圧を加える第１の電圧制御部と、
前記ロータコイルの界磁用交流電源である第２の電圧制御部と、
前記ロータ軸と一体に設けられ、前記第２の電圧制御部から加えられる交流電圧を整流して前記ロータコイルに加える整流器と、
前記ロータ軸に対して相対回転可能に該ロータ軸の外側に対向配置され前記第２の電圧制御部に電気接続される第１の電極と、
前記ロータ軸と一体に設けられ、且つ、前記第１の電極と離間して対向配置され、前記整流器に電気接続される第２の電極と、
を備え、前記第１の電極と前記第２の電極によりコンデンサを形成することを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に誘電体を封入することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３０１６４９（Ｐ２００８−３０１６４９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４６７５１（Ｐ２００７−１４６７５１）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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