CN102637515B - 旋转变压器以及带有旋转变压器的滚动轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转变压器以及带有旋转变压器的滚动轴承装置。该旋转变压器的特征在于，具备：旋转变压器转子，该旋转变压器转子安装于旋转轴；旋转变压器定子，该旋转变压器定子为环状，配置于该旋转变压器转子的径向外侧，沿周向隔开间隔而具有多个齿状部，该多个齿状部与该旋转变压器转子的外周面隔开间隙而对置；以及壳体部件，该壳体部件具有供该旋转变压器定子的外周面嵌合的筒形状的嵌合部，在旋转变压器定子的外周面形成有向径向外侧突出的三个以上的突出部，在形成有该突出部的位置，旋转变压器定子的外周面以压入于嵌合部的内周面的方式嵌合于该嵌合部的内周面。

Description

旋转变压器以及带有旋转变压器的滚动轴承装置

技术领域

本发明涉及为了检测设置于马达等的旋转轴的旋转角度(旋转位置)而使用的旋转变压器、以及带有旋转变压器的滚动轴承装置。

背景技术

旋转变压器是为了检测旋转轴的旋转角度(旋转位置)而使用的角度检测装置中的一种，具备旋转变压器定子以及旋转变压器转子。旋转变压器定子形成为圆环状，并且，在其内周面沿周向隔开间隔地配置有卷绕着线圈的多个齿状部(齿部)。旋转变压器转子以隔开间隔的状态配置在旋转变压器定子的径向内侧，并且以能够与旋转轴一体旋转的方式安装于旋转轴(例如，参照日本特开2006-90511号公报、日本特开2007-336714号公报)。

日本特开2006-90511号公报所记载的旋转变压器通过旋转变压器定子的外周面压入于圆筒形状的壳体的内周面而被嵌合。然而，如果在壳体的内周面的局部存在变形、尺寸误差，则设置于旋转变压器定子的内周面的一部分齿状部的径向尺寸改变，可能无法适当地设定齿状部与旋转变压器转子之间的间隙。

在日本特开2006-90511号公报(特别是图2)中，公开了如下的旋转变压器：在外圈的轴向端部形成有压入用圆筒部，通过使壳体的外周面压入于该压入用圆筒部的内周面，由此，将滚动轴承固定于壳体。然而，在该旋转变压器中，由于外圈的压入用圆筒部与旋转变压器定子在轴向上配置在几乎相同的位置，因此，由于将壳体压入于外圈的压入用圆筒部而在壳体产生的变形的影响，可能会直接影响旋转变压器定子、以及可能会导致无法适当定设定旋转变压器定子与旋转变压器转子之间的间隙。虽然外圈通过嵌合而固定于马达等的外壳，但当外壳因在高温环境下的使用而热膨胀至比外圈大时，外圈的过盈量减小，存在外圈在外壳内空转的可能性。存在外壳因该空转而磨损等可能性。

对于日本特开2007-336714号所记载的旋转变压器，旋转变压器定子以及旋转变压器转子分别是单独的部件，此外，将旋转轴支承为旋转自如的滚动轴承也是相对于旋转变压器定子、旋转变压器转子独立的部件。旋转变压器定子、旋转变压器转子以及滚动轴承相对于马达等的外壳、旋转轴分别单独安装。因此，构成旋转变压器和滚动轴承的各个部件的安装，以及旋转变压器、滚动轴承相对于外壳、旋转轴的组装作业烦杂，难以提高各个部件的轴心对准等的组装精度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种旋转变压器以及带有旋转变压器的滚动轴承装置，该旋转变压器的旋转变压器定子能够几乎不受壳体部件的变形的影响而安装于壳体部件，能够适当地设定旋转变压器定子的齿状部与旋转变压器转子之间的间隙。

本发明的一个实施方式的旋转变压器装置的结构方面的特征在于，该旋转变压器具备：旋转变压器转子，该旋转变压器转子安装于旋转轴；旋转变压器定子，该旋转变压器定子为环状，配置于该旋转变压器转子的径向外侧，且沿周向隔开间隔地具有与所述旋转变压器转子的外周面隔开间隙而对置的多个齿状部；以及壳体部件，该壳体部件具有供该旋转变压器定子的外周面嵌合的筒形状的嵌合部，在上述旋转变压器定子的外周面，沿周向隔开间隔形成有三个以上向径向外侧突出的突出部，在该突出部的形成位置，所述旋转变压器定子的外周面通过压入于所述嵌合部的内周面而嵌合于所述嵌合部的内周面。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转变压器的侧视剖视图。

图2是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转变压器的局部的主视图。

图3是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转变压器的局部的侧视图。

图4是本发明的第一实施方式所涉及的壳体部件的立体图。

图5是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转变压器定子以及旋转变压器转子的主视图。

图6是放大示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转变压器定子的局部的主视图。

图7是示出本发明的第一实施方式所涉及的定子铁芯的主视图。

图8是示出本发明的第一实施方式所涉及的定子铁芯的局部的立体图。

图9是示出本发明的第二实施方式所涉及的定子铁芯的局部的立体图。

图10是示出本发明的第三实施方式所涉及的旋转变压器的侧视剖视图。

图11是示出本发明的第四实施方式所涉及的旋转变压器的侧视剖视图。

具体实施方式

通过以下的参照附图对实施例进行的说明，能够更加清楚本发明的上述特征、优点和进一步的特征、优点，图中，相同的标号表示相同的部件。

基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转变压器的侧视剖视图。

本实施方式的旋转变压器10使用于检测例如在混合动力汽车中使用的电动发电机的旋转轴11的旋转角度(旋转位置)，具备旋转变压器定子12、旋转变压器转子13。本实施方式的旋转变压器10构成带有旋转变压器的滚动轴承装置，该带有旋转变压器的滚动轴承装置还具备用于将旋转轴11支承为旋转自如的滚动轴承14，旋转变压器定子12以及滚动轴承14借助壳体部件15而一体地组装成一个组件。

如图1所示，滚动轴承14具备具有内圈滚道19的内圈19、具有外圈滚道20的外圈21、以及多个滚动体22。上述外圈21以同心状配置于该内圈19的径向外侧。上述多个滚动体22以能够滚动的方式配置于内圈滚道18和外圈滚道20之间。本实施方式的滚动轴承14是具备作为滚动体22的球的球轴承。滚动轴承14的外圈21固定于壳体部件15，内圈19固定于一体形成于旋转轴11的安装部16。

图2是示出旋转变压器10的局部(除了旋转变压器转子13的局部)的主视图，图3是示出旋转变压器10的局部(同上)的侧视图。图4是壳体部件15的立体图。

如图1～图4所示，壳体部件15具备安装滚动轴承14的外圈21的外圈安装部24、安装旋转变压器定子12的嵌合部25。外圈安装部24形成为圆筒形状，外圈21的外周面通过压入于外圈安装部24的内周面而嵌合/固定于该外圈安装部24的内周面。嵌合部25也形成为圆筒状，旋转变压器定子12的外周面通过压入而嵌合/固定于该嵌合部25。

外圈安装部24形成为直径比嵌合部25小。在外圈安装部24与嵌合部25之间形成有沿着径向配置的圆板部27。在外圈安装部24的轴向一端部(在轴向上与嵌合部25相反一侧的端部(图1中的外圈安装部24的右端部))，形成有向径向内侧弯曲的内缘部28。

在嵌合部25的轴向另一端部(在轴向上与外圈安装部24相反一侧的端部(图1中嵌合部25的左端部))，形成有向径向外侧弯曲的外缘部29。外圈安装部24、嵌合部25、圆板部27、内缘部28以及外缘部29是通过对金属制板材实施冲压加工(拉深加工)等塑性加工而一体地成型的。

内缘部28作为限制嵌合于外圈安装部24的外圈21的轴向位置的限制部而发挥功能。外缘部29除了后述连接器部51(参照图2)的位置之外基本上遍及嵌合部25的整周形成，具有作为从外周侧加强嵌合部25的肋部的功能。在外缘部29沿周向隔开恒定间隔地形成有多个(图示例中为3个)凸缘部(安装部)31，该凸缘部31比外缘部29进一步向径向外侧延伸。在该凸缘部31形成有以轴心O为中心的圆弧状的长孔32。

如图1所示，壳体部件15经由固定环34安装于电动发电机等的外壳35。如图2所示，固定环34沿周向隔开恒定的间隔而具有多个(3个)凸起部36。在该凸起部36形成有螺栓插通孔37。将固定环34重叠于壳体部件15的凸缘部31。接下来，使插入于螺栓插通孔37以及长孔32的螺栓38与外壳35螺纹卡合。由此，壳体部件15安装于外壳35。能够在长孔32的范围内调整壳体部件15的周向的位置。固定环34并不是必须具备的，如果可能，也可以直接利用螺栓将凸缘部31安装于外壳35。

如图1所示，在旋转轴11一体地形成有安装部16。安装部16是通过使旋转轴11的外周面的一部分向径向外侧突出而构成的。在该安装部16的轴向一端部形成有供内圈19压入嵌合的内圈安装部16a。在安装部16的轴向中途部固定有旋转变压器转子13。

该安装部16也可以作为相对于旋转轴11独立的部件构成。在该情况下，利用金属材料、合成树脂材料等将安装部16形成为圆筒形状并嵌合于旋转轴11的外周面，由此以能够与旋转轴一体旋转的方式安装于旋转轴11的外周面。

图5是示出旋转变压器定子12以及旋转变压器转子13的主视图，图6是放大示出旋转变压器定子12的局部的主视图。旋转变压器定子12形成为环状，具备定子铁芯42、线圈43以及绝缘子44。图7是示出定子铁芯42的主视图，定子铁芯42由单层或者双层的硅钢板等磁性材料形成。定子铁芯42一体地具备圆环状的环状部45和多个(图示例中为8个)齿状部46。上述多个齿状部46从该环状部45的内周面朝向径向内侧突出。多个齿状部46沿周向隔开恒定的间隔而形成。各个齿状部46由基部46a和末端部46b构成。基部46a的周向的宽度比末端部46b周向的宽度小，末端部46b形成为从基部46a向周向两侧扩展的形状。励磁用以及输出用线圈43卷绕于该齿状部46的基部46a。

如图5所示，绝缘子44利用合成树脂等绝缘材料形成为环状。如图1所示，绝缘子44分别配置于定子铁芯42的轴向两侧的面。如图6所示，绝缘子44具有覆盖定子铁芯42的齿状部46的覆盖部48。该覆盖部48使齿状部46与线圈43绝缘。

绝缘子44的覆盖部48在径向具有一对壁部50a、50b。在上述一对壁部50a、50b之间卷绕有线圈43。在配置于定子铁芯42的轴向的一侧的面的绝缘子44形成有连接器部51，该连接器部51具备与线圈43连接的端子(参照图5)。在该一侧的绝缘子44的轴向端部，安装有从轴向外侧覆盖线圈43的环状的外罩部件52(参照图1～图3)。

如图5所示，旋转变压器转子13在主视视角(轴向视角)中形成为近似椭圆形状，其外周面相对于旋转变压器定子12的齿状部46隔开间隔而对置。当旋转轴11旋转时，旋转变压器转子13也一体地旋转，旋转变压器定子12的各个齿状部46与旋转变压器转子13之间的间隙的大小改变。当预先使交流电流在旋转变压器定子12的励磁用线圈43中流动时，在输出用线圈43产生与上述间隙大小变化对应的输出。能够基于该输出检测旋转轴11的旋转角度。励磁用线圈43设置于全部齿状部46。输出用线圈43由SIN输出用线圈43和COS输出用线圈43构成。这些输出用线圈43相对于多个齿状部46沿周向交替设置。SIN输出用线圈43与COS输出用线圈43的输出电压的振幅变化错开90°相位。通过对该输出电压进行信号处理，由此，能够检测旋转轴11的旋转角度。

图8是局部示出定子铁芯42的立体图。如图7以及图8所示，在旋转变压器定子12的定子铁芯42的外周面，沿周向隔开恒定的间隔而形成有多个突出部53。各个突出部53形成为圆弧形状，并且各个突出部53的圆弧形状的半径比除了该突出部53之外的定子铁芯42的外周面的半径小。在本实施方式的定子铁芯42形成有与齿状部46相同个数、亦即8个突出部53。各个突触部53配置于相当于多个齿状部46之间的周向位置。在图7以及图8中，虽然为了易于理解突出部53的形状而使突出部53向径向外侧较大地突出，但实际上仅是从定子铁芯42的外周面略微突出的程度。

如图1所示，定子铁芯42通过其外周面嵌合于壳体部件15的嵌合部25的内周面而被安装。由于在定子铁芯42的外周面形成有突出部53，因此，在该突出部53的位置，定子铁芯42以过盈配合的状态压入于嵌合部25。除了突出部53的定子铁芯42的外周面以间隙配合的状态嵌合于嵌合部25。因此，形成突出部53相对于嵌合部25的过盈量。

在将定子铁芯42的外周面整体压入嵌合部25的情况下，例如，若在嵌合部25的内周面的局部产生变形、尺寸误差，则在该部分，定子铁芯42的齿状部46的径向位置改变，在周向的局部无法适当地设定齿状部46与旋转变压器转子13之间的间隙。其结果是，难以准确地检测旋转轴11的旋转角度。即，出现嵌合部25的内周面的圆度较大地影响旋转角度的检测精度这一不利状况。与此相对，在本实施方式的情况下，由于仅是定子铁芯42的外周面中的形成有突出部53的部分被压入于嵌合部25，因此，能够降低产生上述不利状况的可能性。

在本实施方式中，突出部53形成在相当于多个齿状部46之间的周向位置。因此，即使定子铁芯42被嵌合部25的内周面向径向内侧按压，齿状部46的径向位置也基本不会改变。因此，能够适当地设定齿状部46与旋转变压器转子13之间的间隙，能够维持旋转角度的检测精度。在定子铁芯42的齿状部46之间，径向的壁厚变薄，容易沿径向弹性变形。因此，即使在嵌合部25的内径产生变形、尺寸误差，也能够良好地吸收上述变形、上述尺寸误差，能够更可靠地将定子铁芯42压入于嵌合部25。

在本实施方式中，由于在嵌合部25的外周部形成有外缘部29，因此，嵌合部25的刚性增高，由此，能够充分地确保定子铁芯42的压入负载(基于嵌合部25的紧固负载)。通过在嵌合部25的外周部形成外缘部29，由此，能够提高利用冲压加工而成型的壳体部件15的尺寸精度，特别是能够提高嵌合部25的尺寸精度。

由于壳体部件15在嵌合部25与外圈安装部24之间具备圆板部27，因此，旋转变压器定子12相对于嵌合部25的嵌合与外圈21相对于外圈安装部24的嵌合相互不影响。例如，即使由于将外圈21嵌合于外圈安装部24而在外圈安装部24产生变形等，该影响也几乎不会波及嵌合部25，旋转变压器定子12的齿状部46与旋转变压器转子13之间的间隙也不会错乱。

由于构成壳体部件15的外圈安装部24、嵌合部25、圆板部27、内缘部28以及外缘部29是通过冲压加工而一体成型的，因此，能够容易地制造壳体部件15。

在本实施方式的旋转变压器10中，旋转变压器定子12和滚动轴承14通过壳体部件15而一体化(组件化)，因此，与上述构件12、14、15作为单独部件而构成的情况相比较，能够容易地进行旋转变压器10和滚动轴承14的处理，以及向外壳35、旋转轴11的组装。通过使旋转变压器定子12和滚动轴承14一体化，由此，能够准确地进行旋转变压器定子12与滚动轴承14的轴心对准。其结果是，也能够提高组装于滚动轴承14的旋转轴11、安装于旋转轴11的旋转变压器转子13与旋转变压器定子12之间的组装精度。

图9是示出本发明的第二实施方式中的定子铁芯42的局部的立体图。

在本实施方式中，形成于定子铁芯42的外周面的突出部53配置于相当于各个齿状部46的形成位置的周向位置。因此，能够发挥如下作用效果。

在定子铁芯42的齿状部46的形成部位，由于定子铁芯42的径向的壁厚较厚而刚性高，因此难以沿径向变形。因此，通过在相当于齿状部46的形成部位的周向位置形成突出部53，从而具有能够充分确保相对于嵌合部25的压入负载这一优点。由于突起部53形成于旋转变压器定子12所产生的磁通量密度较小的部分，因此，能够抑制伴随着形成该突出部53的检测信号水平的降低。

图10是示出本发明的第三实施方式所涉及的旋转变压器的侧视剖视图。

在本实施方式的旋转变压器10中，壳体部件15的外圈安装部24在轴向上比第一实施方式中的旋转变压器10短，在该外圈安装部24的轴向端部未形成第一实施方式那样的内缘部28(参照图1)。另一方面，在滚动轴承14的外圈21的轴向端部(左端部)，形成有向轴向突出的被安装部21a。该被安装部21a形成为圆筒形状，并且其外径与外圈21的外径大致相同，内径形成为比外圈21的内径大。并且，外圈安装部24的外周面通过压入于被安装部21a的内周面而与该安装部21a的内周面嵌合，由此，外圈21被固定于壳体部件15。

外圈21具备外周面(被嵌合部)21b，该外周面(被嵌合部)21b嵌合于形成于外壳35的筒状支承部35a的内周面。因此，根据本实施方式的外圈21，不仅仅是通过安装有外圈21的壳体部件15经由凸缘部(安装部)31安装于外壳35而固定于外壳，还通过外圈21自身直接嵌合于外壳35而固定于外壳35。由此，能够更牢固地将滚动轴承14固定于外壳35，能够利用该滚动轴承14稳定地支承旋转轴11。

在外壳35利用线膨胀系数比外圈21大的材质(例如，铝合金等)形成的情况下，在高温环境下，外壳35热膨胀的程度比外圈21大，外圈21相对于筒状支承部35a的过盈量减少。然而，由于外圈21经由壳体部件15而固定于外壳35，因此，不会在筒状支承部35a内空转。

由于外圈安装部24形成于相对于嵌合部25a沿轴向偏移的位置，因此，能够抑制外圈安装部24对于外圈21的被安装部21a的嵌合、与旋转变压器定子12相对于嵌合部25的嵌合相互影响。此外，由于在嵌合部25和外圈安装部24之间形成有圆板部27，因此，能够进一步抑制外圈安装部24对于被安装部21a的嵌合、与旋转变压器定子12相对于嵌合部25的嵌合相互影响。例如，即使由于使外圈安装部24嵌合于外圈21的被安装部21a而在外圈安装部24产生变形等，其影响波及到嵌合部25的情况也较少，旋转变压器定子12的齿状部46与旋转变压器转子13之间的间隙尺寸不会错乱，能够良好地维持间隙的精度。

图11是本发明的第四实施方式所涉及的旋转变压器的侧视剖视图。本实施方式中的旋转变压器10虽然具有与第三实施方式相同的结构，但在形成于滚动轴承14的外圈21的被安装部21a具备比外圈21的外周面21b向径向外侧突出的缘部21c这一点上与第三实施方式不同。被安装部21a的刚性因该缘部21c而提高，能够充分确保外圈安装部24相对于被安装部21a的压入负载(基于被安装部21a的紧固负载)，并且，能够利用滚动轴承14更稳定地支承旋转轴11。

本发明不限定于上述实施方式，在权利要求书所记载的本发明的范围内能够适当地进行变更。

例如，在上述各个实施方式中，虽然形成于旋转变压器定子12的突出部53的个数与齿状部46个数相同(8个)，但只要能良好地压入于嵌合部25，突出部53的数量也可以比齿状部46的数量少或者多。但是，为了使旋转变压器定子12稳定地嵌合于嵌合部25，需要3个以上突出部53。

在突出部53的数量与齿状部46的数量不同的情况下，优选以下述方式设定突出部53的数量以及位置，即：使得伴随着突出部53压入于嵌合部25而对各个齿状部46产生的影响、例如齿状部46的径向位置的变位等均匀化。例如，在突出部53形成于邻接的齿状部46之间的情况下，优选多个突出部53形成在以轴心O为中心的对称位置。如第二实施方式所示，在突出部53形成于相当于齿状部46的形成部位的周向位置的情况下，优选，相对于卷绕有SIN输出用线圈43的齿状部46、和卷绕有COS输出用线圈43的齿状部46，彼此相同数量的突出部53形成于以轴心O为中心的对称位置。

旋转变压器定子12的齿状部46的数量、形状、旋转变压器转子13的形状等不限定于上述实施方式，也能够适当采用现有公知的结构。

根据本发明，能够几乎不受壳体部件的变形等影响地将旋转变压器定子安装于壳体部件，能够适当地设定旋转变压器定子的齿状部与旋转变压器转子之间的间隙。

Claims (10)

1.一种旋转变压器，其特征在于，具备：

旋转变压器转子，该旋转变压器转子安装于旋转轴；

旋转变压器定子，该旋转变压器定子为环状，配置于所述旋转变压器转子的径向外侧，且沿周向隔开间隔地具有与所述旋转变压器转子的外周面隔开间隙而对置的多个齿状部；以及，

壳体部件，该壳体部件具有供所述旋转变压器定子的外周面嵌合的筒形状的嵌合部，

在所述旋转变压器定子的外周面，沿周向隔开间隔地形成有三个以上向径向外侧突出的突出部，在该突出部的形成位置，所述旋转变压器定子的外周面通过压入于所述嵌合部的内周面而嵌合于所述嵌合部的内周面，

在所述嵌合部的外周面形成有向径向外侧立起的肋部，

所述突出部形成于与所述旋转变压器定子的所述齿状部的形成部位相当的周向位置。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，

所述肋部是通过弯曲所述嵌合部的轴向端部而形成的。

3.一种带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，具备：

权利要求1或2所述的旋转变压器；以及

滚动轴承，该滚动轴承具有内圈、外圈以及以能够滚动的方式配置于所述内圈和所述外圈之间的滚动体，并且该滚动轴承将旋转轴支承为旋转自如，

所述旋转变压器的壳体部件具有安装所述滚动轴承的外圈的外圈安装部，

所述旋转变压器定子以及所述滚动轴承通过所述壳体部件而组装成一个组件。

4.根据权利要求3所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

所述外圈安装部形成为直径与所述嵌合部的直径不同的筒形状，并且，所述滚动轴承的外圈的外周面通过压入于所述外圈安装部的内周面而嵌合于所述外圈安装部的内周面，

在所述外圈安装部与所述嵌合部之间设置有沿着径向的圆板部。

5.根据权利要求4所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

所述外圈安装部、所述嵌合部以及所述圆板部是通过对板材的塑性加工而一体地形成的。

6.根据权利要求3所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

所述外圈安装部件形成为筒形状，并且设置于相对于所述嵌合部沿轴向偏移的位置，

所述外圈具备被安装部，所述外圈安装部的外周面通过压入于该被安装部而嵌合于该被安装部。

7.根据权利要求6所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

所述外圈安装部形成为直径与所述嵌合部的直径不同的筒形状，

在所述外圈安装部与所述嵌合部之间设置有沿着径向的圆板部。

8.根据权利要求6所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

所述被安装部具备向径向外侧突出的缘部。

9.根据权利要求7所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

所述被安装部具备向径向外侧突出的缘部。

10.根据权利要求6～9中任意一项所述的带有旋转变压器的滚动轴承装置，其特征在于，

在所述壳体部件设置有相对于具有所述旋转轴的设备的外壳的安装部，在所述外圈的外周面设置有被嵌合部，该被嵌合部以通过压入于所述外壳的内周面而嵌合于该外壳的内周面。