JP2006223010A - レゾルバとベアリングの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペース、加工工数低減および組付け性向上を図ることが可能なレゾルバとベアリングの取付構造を提供する。
【解決手段】 回転電機１の回転軸３の回転位置を検出するレゾルバと、回転軸３を保持するベアリング７との取付構造において、レゾルバは回転軸３に設けられたレゾルバロータ９と、レゾルバロータ９の外側に設けられるレゾルバステータ１０とを有し、ベアリング７は回転軸３に設けられたインナーレース７Ａと、インナーレース７Ａの外側に設けられるアウターレース７Ｂとを有し、レゾルバロータ９はインナーレース７Ａと一体に形成され、レゾルバステータ１０はアウターレース７Ｂと一体に形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レゾルバとベアリングの取付構造に関し、特に、回転電機の回転軸の位置を検出するレゾルバと回転軸を保持するベアリングとの取付け構造に関する。

電動機、発電機等の回転電機における回転軸の回転位置を検出する回転センサとして「レゾルバ」が挙げられる。この「レゾルバ」は、回転電機を構成するロータの回転軸側に設けられるレゾルバロータと、回転軸を支持するケース側に設けられるレゾルバステータとを有している。レゾルバステータは、レゾルバロータの外側を取囲むように配置され、このレゾルバステータには複数個の測定用の励磁コイルが所定のピッチで配列されている。また、第１検出用コイルおよび第２検出用コイルが巻装されている。

測定用励磁コイルに測定のためのリファレンス信号を出力した状態でレゾルバロータが回転すると、レゾルバロータとレゾルバステータとのギャップの間隔が変化する。その結果、第１検出用コイルと第２検出用コイルとは、レゾルバロータの位置に応じた交流信号を発生する。この第１および第２検出用コイルからのレゾルバロータの位置に応じた交流信号に基づいて回転軸の回転位置が検出される。

図６は、従来のレゾルバとベアリングの取付構造を備えた電動車両の駆動ユニットを示した断面図である。図６を参照して、駆動ユニット１０１は、モータジェネレータ１０２と、回転軸１０３と、減速機構としてのカウンタギア対１０４およびファイナルギア対１０５と、差動機構としてのディファレンシャル機構部１０６とを備える。これらは、ケース１０７とカバー１０８との間に設けられている。ディファレンシャル機構部１０６には車軸が接続される。モータジェネレータ１０２による回転軸１０３の回転は、カウンタギア対１０４、ファイナルギア対１０５およびディファレンシャル機構部１０６を介して車軸に伝達される。回転軸１０３の一端はベアリング１０９を介してケース１０７に支持される。レゾルバ１１０は、回転軸１０３側に設けられるレゾルバロータ１１０Ａとケース１０７側に設けられるレゾルバステータ１１０Ｂとを有する。

上記のようなレゾルバが設けられる回転電機を開示するものとして、下記の特許文献１〜８が挙げられる。
実開平５−２９２８２号公報 特開平１０−２９５０５８号公報 特開２００１−７８３９３号公報 特開２００３−１１４１３９号公報 特開２００４−１５７０５６号公報 特開２００４−１５８８９号公報 特開昭６３−２３４８５７号公報 特開２００３−３２９３４号公報

ところで、回転電機において、省スペース、加工工数低減および部材の組付け性向上を図ることは重要である。一方で、レゾルバとベアリングとを別々に組付けると、それらの組付け部（たとえば図６におけるＡ部など）においては、余分なスペースを要するため軸長が比較的長くなり、また回転軸の加工が複雑になる場合がある。このことは、回転電機の小型化、加工工数低減を妨げる。

なお、上記特許文献１〜８において、レゾルバとベアリングとを一体で形成する詳細な技術は開示されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、省スペース、加工工数低減および組付け性向上を図ることが可能なレゾルバとベアリングの取付構造を提供することにある。

本発明に係るレゾルバとベアリングの取付構造は、回転電機の回転体の位置を検出するレゾルバと、回転体を保持するベアリングとを備え、レゾルバは回転体に設けられたレゾルバロータと、該レゾルバロータの外側または内側に設けられるレゾルバステータとを有し、ベアリングは軌道輪を有し、レゾルバロータおよびレゾルバステータの少なくとも一方が軌道輪と一体に形成されている。

上記構成によれば、レゾルバおよびベアリングの組付けに必要なスペースを小さくし、レゾルバおよびベアリングの組付け位置の形状を比較的単純なものにすることができる。結果として、回転電機の小型化、加工工数低減を図ることができる。

上記レゾルバとベアリングの取付構造において、ベアリングは、回転体の軸方向に並ぶ複数の転動体を有し、複数の転動体の間にレゾルバロータおよびレゾルバステータが配設される構造が採用されてもよい。

これにより、複数の転動体の間のデッドスペースを有効に利用することができるので、回転電機のさらなる小型化を図ることができる。

本発明によれば、回転電機の小型化、加工工数低減および部材の組付け性向上を図ることができる。

以下に、本発明に基づくレゾルバとベアリングの取付構造の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

図１は、後述する実施の形態１，２に係るレゾルバとベアリングの取付構造を含む回転電機制御装置の概略ブロック図である。

回転電機制御装置２００は、電動車両に搭載され、図１に示すように、直流電源Ｂと、インバータ２１０，２２０と、コンデンサ２３０と、レゾルバ２４０，２５０と、電流センサ２６０，２７０と、制御装置２８０とを備える。

インバータ２１０は、Ｕ相アーム２１１、Ｖ相アーム２１２およびＷ相アーム２１３から成る。Ｕ相アーム２１１、Ｖ相アーム２１２およびＷ相アーム２１３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム２１１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム２１２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム２１３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

インバータ２２０は、Ｕ相アーム２２１、Ｖ相アーム２２２およびＷ相アーム２２３から成る。Ｕ相アーム２２１、Ｖ相アーム２２２およびＷ相アーム２２３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム２２１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０を含み、Ｖ相アーム２２２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２を含み、Ｗ相アーム２２３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ９〜Ｄ１４がそれぞれ接続されている。

インバータ２１０の各相アームの中間点は、モータ／ジェネレータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。インバータ２２０の各相アームの中間点は、モータ／ジェネレータＭ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータ／ジェネレータＭ１，Ｍ２は、３相の永久磁石モータ／ジェネレータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。そして、モータ／ジェネレータＭ１のＵ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。また、モータ／ジェネレータＭ２のＵ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４の中間点にそれぞれ接続されている。

コンデンサ２３０は、ノードＮ１とノードＮ２との間にインバータ２１０，２２０に並列に接続される。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。インバータ２１０は、制御装置２８０からの駆動信号ＤＲＶ１に基づいて、コンデンサ２３０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ／ジェネレータＭ１を駆動する。インバータ２２０は、制御装置２８０からの駆動信号ＤＲＶ２に基づいて、コンデンサ２３０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ／ジェネレータＭ２を駆動する。

コンデンサ２３０は、直流電源Ｂからの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２１０，２２０へ供給する。レゾルバ２４０は、モータ／ジェネレータＭ１の回転軸に取付けられており、モータ／ジェネレータＭ１の回転子の回転角度θｂｎ１を検出して制御装置２８０へ出力する。レゾルバ２５０は、モータ／ジェネレータＭ２の回転軸に取付けられており、モータ／ジェネレータＭ２の回転子の回転角度θｂｎ２を検出して制御装置２８０へ出力する。

電流センサ２６０は、モータ／ジェネレータＭ１に流れる電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出した電流ＭＣＲＴ１を制御装置２８０へ出力する。電流センサ２７０は、モータ／ジェネレータＭ２に流れる電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出した電流ＭＣＲＴ２を制御装置２８０へ出力する。

なお、図１においては、電流センサ２６０，２７０は、それぞれ、３個設けられているが、少なくとも２個設けられればよい。

制御装置２８０は、レゾルバ２４０からの回転角度θｂｎ１を補正する。そして、制御装置２８０は、補正した回転角度θｎ１と、外部ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からのトルク指令値ＴＲ１とを用いてインバータ２１０のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８を駆動するための駆動信号ＤＲＶ１を生成し、その生成した駆動信号ＤＲＶ１をＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

また、制御装置２８０は、レゾルバ２５０からの回転角度θｂｎ２を補正する。そして、制御装置２８０は、補正した回転角度θｎ２と、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲ２とを用いてインバータ２２０のＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４を駆動するための駆動信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した駆動信号ＤＲＶ２をＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４へ出力する。

なお、回転角度θｂｎ１，θｂｎ２を補正する方法としては、一般によく知られた技術を適用することが可能であるので、詳細な説明は繰返さない。

次に、図２を用いて、レゾルバの基本原理を説明する。

図２を参照して、レゾルバは、回転体とともに回転するレゾルバロータとしての楕円体１００Ａと、３つのコイル（励磁用信号巻線１００Ｂおよび検知用信号巻線１００Ｃ，１００Ｄ）を含むレゾルバステータとを有する。検知用信号巻線１００Ｃ，１００Ｄは、電気的に互いに９０°ずれて配置されている。楕円体１００Ａが回転することにより楕円体１００Ａと巻線１００Ｃ，１００Ｄとの間のギャップ長さ（たとえば図２中のＬ１，Ｌ２）が変化する。ここで、励磁用信号巻線１００Ｂに交流電流を流すことにより、検知用信号巻線１００Ｃ，１００Ｄには楕円体１００Ａの位置に応じた出力が発生し、この出力の差から楕円体１００Ａの回転位置（たとえば図２中のθ）を検出することができる。

図２の例では、楕円体１００Ａが回転し、巻線１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが固定されているが、楕円体１００Ａが固定され、巻線１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが回転する場合も考えられる。また、図２の例では、楕円体１００Ａの周囲に巻線１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが配置されているが、コア体に形成された楕円状の空洞内に巻線１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを配置することも考えられる。

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係るレゾルバとベアリングの取付構造を備えた回転電機を示した断面図である。また、図４は、図３に示される回転電機におけるレゾルバとベアリングの取付構造を示した拡大断面図である。

図３，図４を参照して、本実施の形態に係るレゾルバとベアリングの取付構造が組み込まれる回転電機１は、ケース２およびケース２に取付けられたカバー（図示せず）を含むハウジングを有する。ケース２は、回転体としての回転軸３の一方端を支持し、カバーは回転軸３の他方端を支持する。回転電機１は、ロータ（回転子）およびステータ（固定子）を備える。

ロータは、回転軸３に取り付けられたロータコア４を有する。ロータコア４には、永久磁石（図示せず）が埋め込まれている。ロータコア４は、鉄または鉄合金などの磁性材料により構成される。永久磁石は、たとえば、ロータコア４の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータはリング状のステータコア５を有する。ステータコア５は、鉄または鉄合金などの板状の磁性材料により構成される。ステータコア５の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア５の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータ巻線６は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。

回転軸３は、ベアリング７を介してケース２に回転可能に支持される。ベアリング７は、軌道輪としてのインナーレース７Ａおよびアウターレース７Ｂと、転動体７Ｃとを有する。インナーレース７Ａは回転軸３に設けられ、アウターレース７Ｂはインナーレース７Ａの外側に設けられる。アウターレース７Ｂは、締結部材としてのボルト８によりケース２に固定されている。転動体７Ｃは、インナーレース７Ａとアウターレース７Ｂとの間に設けられる。

回転軸３の回転位置を検出する回転位置センサとしてのレゾルバは、回転軸３上に設けられたレゾルバロータ９と、レゾルバロータ９の外側に設けられるレゾルバステータ１０とを有する。レゾルバロータ９は、磁性材料により構成されたレゾルバロータコアを有する。レゾルバステータ１０は、磁性材料により構成されたレゾルバステータコアと、該レゾルバステータコアに巻き付けられたレゾルバステータ巻線１１とを有する。

本実施の形態においては、レゾルバロータ９はベアリング７のインナーレース７Ａと一体に形成され、レゾルバステータ１０はベアリング７のアウターレース７Ｂと一体に形成される。すなわち、レゾルバロータ９はインナーレース７Ａと一体化された後に回転軸３に取付けられ、レゾルバステータ１０はアウターレース７Ｂと一体化された後にケース２に取付けられる。

レゾルバロータ９は、典型的にはインナーレース７Ａの端部を楕円状に形成し、ロータ機能を持たせることで形成されるが、別々に作製されたレゾルバロータ９およびインナーレース７Ａを接続することで、レゾルバロータ９とインナーレース７Ａとが一体化されてもよい。レゾルバステータ１０は、典型的にはレゾルバステータコアにレゾルバステータ巻線１１を巻き付けたものをアウターレース７Ｂに圧入することでアウターレース７Ｂと一体化されるが、アウターレース７Ｂとレゾルバステータコアとを一体の部材として作製した後、該部材にレゾルバステータ巻線１１を設けることでレゾルバステータ１０とアウターレース７Ｂとが一体化されてもよい。

上記のように、レゾルバとベアリング７とを一体化することで、レゾルバおよびベアリング取付部の軸長（回転軸３の長さ）を短縮することができる。結果として、省スペース化が図られ、回転電機１を小型化することが可能になる。また、レゾルバおよびベアリング取付部の回転軸３の形状をシンプルなものにして加工工数を低減することができる。さらに、レゾルバおよびベアリングの組付け工数も低減される。

一体化されたレゾルバステータ１０とアウターレース７Ｂとがボルト８によってケース２に固定されている。これにより、レゾルバステータ１０の回転が抑制され、レゾルバとしての機能が確実に果たされるとともに、アウターレース７Ｂが回転軸３およびインナーレース７Ａの回転に伴なって回転することが抑制される。結果として、アウターレース７Ｂのクリープ磨耗が抑制される。

レゾルバとベアリング７とを一体化することで、両者をより近接させることができる。ベアリング７近傍においては、回転軸３の径方向のぶれが他の部分よりも小さく抑制される。したがって、上記構成によれば、レゾルバ設置部の回転軸３の径方向のぶれを低減させることが可能であり、レゾルバロータとレゾルバステータとのギャップをより正確に測定し、回転軸３およびレゾルバロータ９の回転位置をより正確に検知することが可能になる。結果として、上記構成によれば、レゾルバとしての機能が向上する。

なお、本実施の形態においては、インナーレース９Ａとレゾルバロータ９（回転子）とを一体に形成し、アウターレース９Ｂとレゾルバステータ１０（固定子）とを一体に形成する場合について説明したが、これらのうちいずれか一方のみを一体に形成してもよい。また、アウターレース９Ｂとレゾルバロータ９（回転子）とを一体に形成し、インナーレース９Ａとレゾルバステータ１０（固定子）とを一体に形成してもよい。この場合は、アウターレース９Ｂが回転軸３に取付けられる。

また、本実施の形態においては、レゾルバロータ（回転子）として楕円体が用いられ、レゾルバステータ（固定子）としてコイルが用いられているが、レゾルバロータ（回転子）としてコイルが用いられ、レゾルバステータ（固定子）として楕円体が用いられてもよい。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係るレゾルバとベアリングの取付構造を示した断面図である。

本実施の形態に係るレゾルバとベアリングの取付構造は、実施の形態１に係るレゾルバとベアリングの取付構造の変形例であって、実施の形態１と同様に、レゾルバロータ９とベアリング７のインナーレース７Ａとが一体に形成され、レゾルバステータ１０とベアリング７のアウターレース７Ｂとが一体に形成される。

図５を参照して、本実施の形態においては、ベアリング７は、回転軸３の軸方向に並ぶ複数（２つ）の転動体７Ｃを有している。ベアリング７と一体に形成されるレゾルバロータ９およびレゾルバステータ１０は、軸方向に並ぶ複数の転動体７Ｃの間に配設されている。

上記構成によれば、複数の転動体７Ｃの間のデッドスペースを有効に利用してレゾルバを設けることができる。結果として、回転電機の小型化を図ることができる。また、実施の形態１と同様に、回転軸３の加工工数低減、レゾルバとベアリングとの一体化による組付け工数低減を図ることができる。

また、複数の転動体７Ｃの間においては、回転軸３の径方向のぶれが他の部分よりも小さい。したがって、レゾルバ設置部の回転軸３の径方向のぶれを低減させることが可能であり、回転軸３およびレゾルバロータ９の回転位置をより正確に測定することが可能になる。結果として、本実施の形態においても、レゾルバとしての機能が向上する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１，２に係るレゾルバとベアリングの取付構造を含む回転電機制御装置の概略ブロック図である。 レゾルバの基本原理を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るレゾルバとベアリングの取付構造を備えた回転電機を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るレゾルバとベアリングの取付構造を示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係るレゾルバとベアリングの取付構造を示した断面図である。 従来のレゾルバとベアリングの取付構造を備えた電動車両の駆動ユニットを示した断面図である。

符号の説明

１ 回転電機、２ ケース、３ 回転軸、４ ロータコア、５ ステータコア、６ ステータ巻線、７ ベアリング、７Ａ インナーレース、７Ｂ アウターレース、７Ｃ 転動体、８ ボルト、９ レゾルバロータ、１０ レゾルバステータ、１１ レゾルバステータ巻線、１００Ａ 楕円体、１００Ｂ 励磁用信号巻線、１００Ｃ，１００Ｄ 検知用信号巻線、１０１ 駆動ユニット、１０２ モータジェネレータ、１０３ 回転軸、１０４ カウンタギア対、１０５ ファイナルギア対、１０６ ディファレンシャル機構部、１０７ ケース、１０８ カバー、１０９ ベアリング、１１０ レゾルバ、１１０Ａ レゾルバロータ、１１０Ｂ レゾルバステータ、２００ 回転電機制御装置、２１０，２２０ インバータ、２１１，２２１ Ｕ相アーム、２１２，２２２ Ｖ相アーム、２１３，２２３ Ｗ相アーム、２３０ コンデンサ、２４０，２５０ レゾルバ、２６０，２７０ 電流センサ、２８０ 制御装置、Ｂ 直流電源、Ｍ１，Ｍ２ モータ／ジェネレータ、Ｑ３〜Ｑ１４ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ３〜Ｄ１４ ダイオード。

Claims (2)

1. 回転電機の回転体の位置を検出するレゾルバと、
   前記回転体を保持するベアリングとを備え、
   前記レゾルバは前記回転体に設けられたレゾルバロータと、該レゾルバロータの外側または内側に設けられるレゾルバステータとを有し、
   前記ベアリングは軌道輪を有し、
   前記レゾルバロータおよび前記レゾルバステータの少なくとも一方が前記軌道輪と一体に形成されている、レゾルバとベアリングの取付構造。
2. 前記ベアリングは、前記回転体の軸方向に並ぶ複数の転動体を有し、
   前記複数の転動体の間に前記レゾルバロータおよび前記レゾルバステータが配設される、請求項１に記載のレゾルバとベアリングの取付構造。

Images