JP2011021933A - 磁気レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた位置検出精度が得られる磁気レゾルバ、を提供する。
【解決手段】磁気レゾルバは、レゾルバロータ５０の回転に伴って磁束が流れるコア部３１を有するレゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０に設けられ、コア部３１の周囲に配置されるコイル４１とを備える。コア部３１は、線材から形成される。
【選択図】図４

Description

この発明は、一般的には、磁気レゾルバに関し、より特定的には、回転体の回転位置を検出するための磁気レゾルバに関する。

従来の磁気レゾルバに関して、たとえば、特開２００７−１７１１３１号公報には、組み付け性を向上させることを目的とした磁気レゾルバが開示されている（特許文献１）。また、特開２００７−２８５７７４号公報には、基板素材から複数の基板を製作する際の歩留まりを向上させることを目的とした磁気レゾルバが開示されている（特許文献２）。

特許文献１および２に開示された磁気レゾルバは、コア部が形成される薄板状のベースプレートを有する。ベースプレートは、鉄系の磁性材料からなり、典型的には、電磁鋼板から形成されている。コア部は、ベースプレートに機械加工やエッチングを施すことによって、突起状に形成されている。

特開２００７−１７１１３１号公報 特開２００７−２８５７７４号公報

上述の特許文献に開示されるように、回転体の回転位置を検出するために磁気レゾルバが利用されている。しかしながら、特許文献１および２に開示された磁気レゾルバにおいて、ベースプレートに打ち出し加工を施すことによってコア部を成形した場合、コア部の打ち出し高さに限界が生じる。このため、コア部の周囲にコイルの巻き線スペースを十分に確保できず、コイルからの出力が低下するおそれがある。また、打ち出し加工に伴って、ベースプレートの金属組織にダメージが生じ、コア部の内部で透磁率が局所的にばらつくおそれがある。これらの場合、検出される回転体の位置精度を十分に向上させることができない。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、優れた位置検出精度が得られる磁気レゾルバを提供することである。

この発明に従った磁気レゾルバは、ロータの回転に伴って磁束が流れるコア部を有するステータと、ステータに設けられ、コア部の周囲に配置されるコイルとを備える。コア部は、線材から形成される。線材とは、線状の素材を意味する。

このように構成された磁気レゾルバによれば、コア部を線材から形成することにより、コア部と、コア部の周囲に配置されるコイルとの重なり長さを十分に確保し、コイルからの出力を増大させることができる。また、コア部の内部に、磁気的にばらつきのない磁路を形成することができる。これにより、磁気レゾルバによって検出される位置精度を向上させることができる。

また好ましくは、コア部は、パーマロイ線材から形成される。このように構成された磁気レゾルバによれば、コア部を高磁性体であるパーマロイ線から形成することにより、磁気レゾルバによって検出される位置精度をさらに向上させることができる。

また好ましくは、ステータは、複数のコア部を有する。複数のコア部は、互いに同一形状を有する線材から形成される。このように構成された磁気レゾルバによれば、優れた位置検出精度が得られる磁気レゾルバを、簡易な構成で実現できる。

また好ましくは、ステータは、樹脂から形成され、ロータと向い合って配置される基材をさらに有する。コア部は、その一部が基材を形成する樹脂によって包まれた形態により、基材と一体に設けられている。このように構成された磁気レゾルバによれば、優れた位置検出精度が得られる磁気レゾルバを、簡易な構成で実現できる。

また好ましくは、コア部は、線材の延伸方向の両端に配置され、ロータと対向して位置決めされる第１端部および第２端部を含む。ステータは、ロータと向い合って配置される基材と、基材により支持される複数のコア部とを有する。複数のコア部は、隣り合うコア部間で第１端部と第２端部とが隣接するように、周方向に配列される。コイルは、隣り合うコア部の第１端部および第２端部の周りを周回するように設けられる。このように構成された磁気レゾルバによれば、優れた位置検出精度が得られる磁気レゾルバを、簡易な構成で実現できる。

以上に説明したように、この発明に従えば、優れた位置検出精度が得られる磁気レゾルバを提供することができる。

この発明の実施の形態における磁気レゾルバを示す斜視図である。 図１中の磁気レゾルバを構成するレゾルバステータを示す斜視図である。 図２中のレゾルバステータの裏面を示す斜視図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったレゾルバステータを示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における磁気レゾルバを示す斜視図である。図１を参照して、磁気レゾルバ１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と、バッテリからの電力供給を受けて回転する駆動用モータとを、駆動源として備えるハイブリッド自動車に搭載されている。

磁気レゾルバ１０は、ハイブリッド自動車の駆動用モータに設けられている。駆動用モータに供給する交流電流の位相を正確に制御するために、磁気レゾルバ１０を用いて駆動用モータのロータの回転位置を検出する。

磁気レゾルバ１０は、レゾルバロータ５０、レゾルバステータ２０およびコイル４１から構成されている。磁気レゾルバ１０は、一般的に、面対向型シートレゾルバと呼ばれている。

レゾルバロータ５０は、磁性材料から形成されている。レゾルバロータ５０は、円板形状を有し、駆動用モータの回転軸となる、仮想上の中心軸１０１を中心に配置されている。レゾルバロータ５０には、駆動用モータの回転シャフトが挿入される挿入孔５３が形成されている。

レゾルバロータ５０は、キー部５６を有して形成されている。キー部５６は、挿入孔５３を規定するレゾルバロータ５０の内周縁の一部が径方向内側に向けて突出することにより、形成されている。キー部５６は、駆動用モータの回転シャフトに形成されたキー溝に係合される。このような構成により、レゾルバロータ５０は、駆動用モータの回転シャフトと一体となって中心軸１０１を中心に回転する。

レゾルバロータ５０は、複数の凸部５１と、複数の平坦部５２とを有して形成されている。レゾルバロータ５０は、中心軸１０１の軸方向から平面的に見た場合に、中心軸１０１からレゾルバロータ５０の外周縁までの長さが、凸部５１において相対的に大きくなり、平坦部５２において相対的に小さくなるように形成されている。複数の凸部５１は、中心軸１０１を中心とする周方向において、互いに所定の間隔だけ隔てて配置されている。平坦部５２は、中心軸１０１を中心とする周方向において、隣接する複数の凸部５１間に配置されている。

なお、図１中には、３つの凸部５１および３つの平坦部５２を有するレゾルバロータ５０が示されているが、レゾルバロータ５０の形状は、これに限られるものではない。たとえば、レゾルバロータ５０が、２つの凸部５１および２つの平坦部５２を有して形成されてもよく、この場合、レゾルバロータ５０は平面的に見た場合に楕円形状を有する。

レゾルバステータ２０は、中心軸１０１の軸方向において、レゾルバロータ５０と向い合わせとなるように配置されている。レゾルバステータ２０は、回転する駆動用モータのロータに対して静止する部材に固定されており、本実施の形態では、駆動用モータのモータケースに固定されている。

図２は、図１中の磁気レゾルバを構成するレゾルバステータを示す斜視図である。図３は、図２中のレゾルバステータの裏面を示す斜視図である。

図２および図３を参照して、レゾルバステータ２０は、基材としてのベースプレート２１およびコア部３１を有して構成されている。

ベースプレート２１は、非磁性材料から形成されている。ベースプレート２１は、電気絶縁材料から形成されている。本実施の形態では、ベースプレート２１が、樹脂から形成されている。

ベースプレート２１は、円板形状を有し、中心軸１０１を中心に配置されている。ベースプレート２１は、図１中のレゾルバロータ５０と向い合って配置される表面２１ａと、表面２１ａの裏側に配置される裏面２１ｂとを有する。ベースプレート２１には、駆動用モータの回転シャフトが挿入される挿入孔２６が形成されている。

ベースプレート２１の外周部には、取り付け孔２４および調整孔２２が形成されている。ベースプレート２１は、取り付け孔２４に挿入されるボルトによって、駆動用モータのモータケースに締結される。

調整孔２２は、モータケースに対するベースプレート２１の締結時、レゾルバステータ２０の位置を微調整する際に使用される。より具体的には、モータケースに対するベースプレート２１の締結時、まず、取り付け孔２４に挿入されたボルトにより、ベースプレート２１をモータケースに対して仮止めする。その状態で、調整孔２２に調整用の棒を差し込み、ベースプレート２１を周方向に移動させる。レゾルバステータ２０の位置を調整したら、ボルトを本締めし、ベースプレート２１をモータケースに固定する。

本実施の形態では、ベースプレート２１の周方向の移動を許容するように、取り付け孔２４が、周方向に延びる長孔形状に形成されている。さらに、取り付け孔２４を規定するベースプレート２１の内周縁には、非磁性材料から形成されたカラー２３が嵌め合わされている。カラー２３は、ベースプレート２１の樹脂成形時に、後述のコア部３１とともにベースプレート２１に対してインサート成形されている。なお、このカラー２３は、省略されてもよい。

レゾルバステータ２０を裏面２１ｂ側から見て、ベースプレート２１は、環状突出部２８を有して形成されている。環状突出部２８は、裏面２１ｂから突出し、中心軸１０１を中心とする周方向に帯状に延びて形成されている。

図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったレゾルバステータを示す断面図である。図２から図４を参照して、コア部３１は、駆動用モータの回転時に、レゾルバステータ２０側に磁束を流すための磁路を形成する部材として設けられている。本実施の形態における磁気レゾルバ１０においては、コア部３１が、線材から形成されている。コア部３１は、線材に、必要に応じて折り曲げ加工等の塑性加工を施すことによって形成されている。

より具体的に説明すると、コア部３１を形成する線材は、磁性材料からなる。コア部３１を形成する線材は、鉄、コバルト、ニッケルを主成分とする高磁性体からなる。本実施の形態では、コア部３１を形成する線材として、パーマロイ線材が使用されている。

コア部３１は、第１端部としての端部３１ｍと、第２端部としての端部３１ｎとを有する。コア部３１は、端部３１ｍおよび端部３１ｎが一方向に延出する略Ｕ字状に形成されている。コア部３１は、直線状のパーマロイ線材から所定の長さだけ切り出したものを、端部３１ｍと端部３１ｎとの間で２箇所折り曲げることによって形成されている。

コア部３１は、ベースプレート２１によって支持されている。本実施の形態では、複数のコア部３１が、中心軸１０１を中心とする周方向に並ぶように配置されている。複数のコア部３１は、隣り合うコア部３１間で端部３１ｍと端部３１ｎとが隣接するように配置されている。図４中に示す断面を用いて説明すると、コア部３１ｐ、コア部３１ｑおよびコア部３１ｒが周方向に並ぶ場合に、コア部３１ｐの端部３１ｎと、コア部３１ｑの端部３１ｍとが隣接し、コア部３１ｑの端部３１ｎと、コア部３１ｒの端部３１ｍとが隣接する。複数のコア部３１は、互いに同一形状を有する。

コア部３１は、その一部がベースプレート２１を形成する樹脂によって包まれた形態により、ベースプレート２１と一体に設けられている。コア部３１は、端部３１ｍおよび端部３１ｎが表面２１ａから突出し、残りの部分がベースプレート２１（環状突出部２８）に内包されるように設けられている。表面２１ａから突出する端部３１ｍおよび端部３１ｎは、中心軸１０１の軸方向において、レゾルバロータ５０と所定の隙間を設けて対向する。

このような構成を備えるレゾルバステータ２０は、ベースプレート２１の樹脂成形時に、コア部３１をインサート成形することによって形成される。この場合、ベースプレート２１に対するコア部３１の取り付け位置が精度よく仕上がるため、レゾルバロータ５０に対するコア部３１の位置決め精度も向上させることができる。

コイル４１は、コア部３１の周囲に配置されており、本実施の形態では、隣接するコア部３１の端部３１ｍおよび端部３１ｎの周りを周回するように設けられている。図４中に示す断面を用いて説明すると、コア部３１ｐの端部３１ｎおよびコア部３１ｑの端部３１ｍの周りを周回するように、コイル４１ｐが配置され、コア部３１ｑの端部３１ｎおよびコア部３１ｒの端部３１ｍの周りを周回するように、コイル４１ｑが配置されている。

ベースプレート２１の表面２１ａには、隣接するコイル４１同士を電気的に接続するためのコイル接続部４２が形成されている。コイル接続部４２は、銅に代表される導電性材料を表面２１ａにプリントすることによって形成されている。隣接するコイル４１同士を電気的に接続する構造は、コイル接続部４２を用いた構造に限られず、たとえば、複数のコイル４１を一続きのコイル線から形成してもよい。

なお、コイル４１は、コア部３１と同様に、ベースプレート２１の樹脂成形時にインサート成形されてもよい。この場合、コア部３１およびコイル４１がベースプレート２１に一体に設けられたアッシーを、ベースプレート２１の樹脂成形時に一括に製造できるため、磁気レゾルバ１０の製造工程を簡易にできる。

本実施の形態における磁気レゾルバ１０においては、レゾルバロータ５０の外周縁に、複数の凸部５１および複数の平坦部５２が形成されているため、レゾルバロータ５０の半径は、凸部５１で相対的に大きく、平坦部５２において相対的に小さくなる。このような構成により、駆動用モータの回転時に、レゾルバステータ２０に対するレゾルバロータ５０の相対的な回転角度の変化に応じて、レゾルバロータ５０がコア部３１と重なる面積、すなわち、レゾルバロータ５０によるコア部３１の遮蔽面積を変化させる。

レゾルバロータ５０によるコア部３１の遮蔽面積が変化すると、コア部３１を通る磁束の磁路断面積が変化するため、これに伴って、磁束抵抗が変化し、コア部３１周りのコイル４１に誘起される電流（出力電圧）が変化する。この遮蔽面積は、レゾルバロータ５０の回転に伴うレゾルバロータ５０の半径の変化に依存するため、コイル４１からの出力電圧に基づいて、レゾルバロータ５０の回転角度、すなわち、駆動用モータのロータの回転角度を検出することができる。

続いて、本実施の形態における磁気レゾルバ１０によって奏される作用、効果について説明する。

面対向型シートレゾルバの構造として、ベースプレート２１に相当する部材を高磁性体の金属板から形成し、この金属板に打ち出し加工を施すことによって、ベースプレートにコア部を一体的に成形する構造が考えられる。しかしながら、このような構造を備える面対向型シートレゾルバにおいては、金属板の打ち出し高さに制限が生じるため、コア部の打ち出し方向において、コア部とコイルとの重なり長さが十分に確保できないおそれが生じる。また、打ち出し加工によって金属板に生じる加工ダメージ（加工応力）は、通常の曲げ加工等と比較して大きくなり、コア部における透磁率の劣化や、金属組織のばらつき等を引き起こすおそれがある。

これに対して、本実施の形態における磁気レゾルバ１０においては、コア部３１がパーマロイ線材から形成される。このため、コア部３１に必要な曲げ加工を施し、表面２１ａから突出する端部３１ｍおよび端部３１ｎの長さを調整することにより、コア部３１とコイルとの重なり長さを十分に確保することができる。これにより、コア部３１周りのコイル４１に誘起される電流を増大させ、ロータの回転角度の検出精度を向上させることができる。また、コア部３１の内部に生じる加工ダメージを低減することができる。これにより、透磁率の劣化や、複数のコア部３１間で磁束の流れ方にばらつきが生じることを抑制し、ロータの回転角度の検出精度を向上させることができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における磁気レゾルバ１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における磁気レゾルバ１０は、ロータとしてのレゾルバロータ５０の回転に伴って磁束が流れるコア部３１を有するステータとしてのレゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０に設けられ、コア部３１の周囲に配置されるコイル４１とを備える。コア部３１は、線材から形成される。

このように構成された、この発明の実施の形態における磁気レゾルバ１０によれば、簡易な構成により、駆動用モータのロータの回転位置を精度よく検出することができる。

なお、本実施の形態では、本発明における磁気レゾルバを、ハイブリッド自動車に搭載される駆動用モータに適用した場合について説明したが、駆動用モータのほかに、ハイブリッド自動車に搭載されるジェネレータにも適用することができる。ジェネレータは、主に、内燃機関の出力により発電を行なうために利用される。また、ハイブリッド自動車に搭載されるモータのほか、様々な電動機や発電機などの回転機に適用することもできる。

今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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すべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、回転体の位置検出が必要となる電動機や発電機に利用される。

１０ 磁気レゾルバ、２０ レゾルバステータ、２１ ベースプレート、２１ａ 表面、２１ｂ 裏面、２２ 調整孔、２３ カラー、２４ 取り付け孔、２６，５３ 挿入孔、２８ 環状突出部、３１，３１ｐ，３１ｑ，３１ｒ コア部、３１ｍ，３１ｎ 端部、４１ コイル、４２ コイル接続部、５０ レゾルバロータ、５１ 凸部、５２ 平坦部、５６ キー部、１０１ 中心軸。

Claims (5)

1. ロータの回転に伴って磁束が流れるコア部を有するステータと、
   前記ステータに設けられ、前記コア部の周囲に配置されるコイルとを備え、
   前記コア部は、線材から形成される、磁気レゾルバ。
2. 前記コア部は、パーマロイ線材から形成される、請求項１に記載の磁気レゾルバ。
3. 前記ステータは、複数の前記コア部を有し、
   複数の前記コア部は、互いに同一形状を有する線材から形成される、請求項１または２に記載の磁気レゾルバ。
4. 前記ステータは、樹脂から形成され、ロータと向い合って配置される基材をさらに有し、
   前記コア部は、その一部が前記基材を形成する樹脂によって包まれた形態により、前記基材と一体に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気レゾルバ。
5. 前記コア部は、線材の延伸方向の両端に配置され、ロータと対向して位置決めされる第１端部および第２端部を含み、
   前記ステータは、ロータと向い合って配置される基材と、隣り合う前記コア部間で前記第１端部と前記第２端部とが隣接するように、周方向に配列され、前記基材により支持される複数の前記コア部とを有し、
   前記コイルは、隣り合う前記コア部の前記第１端部および前記第２端部の周りを周回するように設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気レゾルバ。

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