JP2012247350A

JP2012247350A - 回転電機

Info

Publication number: JP2012247350A
Application number: JP2011120364A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Otsubo; 洋輔大坪; Kazuma Kaneda; 数馬金田; Takashi Endo; 貴遠藤; Hironori Kato; 裕典加藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】回転軸の大きさに関わらず、レゾルバを共有することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】実施形態の回転電機によれば、筒状の筐体と、筐体内に設けられた固定子と、固定子の内周側に設けられ筐体と同軸に設けられている回転軸を有する回転子と、回転子の回転角度を検出するレゾルバとを備え、このレゾルバは、筐体に設けられた円環状のレゾルバステータと、レゾルバステータの内周側において回転軸に当該回転軸と一体回転するようにアダプタを介して回転軸の軸端面側に取り付けられているレゾルバロータとを有し、アダプタは、アダプタと回転軸との相対的な移動を規制する移動規制部、および、アダプタとレゾルバロータとの相対的な回転を規制する回転規制部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

回転子の回転角度を検出するセンサとしてレゾルバを備えた回転電機がある。レゾルバは、回転電機の筐体に固定的に設けられているレゾルバステータと、回転子とともに回転するレゾルバロータとから構成されている。この場合、レゾルバロータは、一般的に回転子の回転軸に取り付けられることが多いことから、回転軸の大きさ（外径）が異なる複数の回転電機に対して様々な大きさのものが個別に使用されている。このため、回転電機の製造時に用意すべき部品の種類が増加してしまう。また、レゾルバロータの大きさが回転軸の大きさにより制限されてしまう。

特開２００２−１３６０５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、回転軸の大きさに関わらず、レゾルバを共有することが可能な回転電機を提供することである。

実施形態の回転電機によれば、筒状の筐体と、筐体内に設けられた固定子と、固定子の内周側に設けられ筐体と同軸に設けられている回転軸を有する回転子と、回転子の回転角度を検出するレゾルバとを備え、このレゾルバは、筐体に設けられた円環状のレゾルバステータと、レゾルバステータの内周側において回転軸に当該回転軸と一体回転するようにアダプタを介して回転軸の軸端面側に取り付けられているレゾルバロータとを有し、アダプタは、当該アダプタと回転軸との相対的な移動を規制する移動規制部、および、当該アダプタとレゾルバロータとの相対的な回転を規制する回転規制部を有する。

一実施形態の回転電機の構成を模式的に示す図一実施形態のレゾルバの構成を示す図一実施形態のレゾルバステータとレゾルバロータとの位置関係を示す図その他の実施形態のレゾルバの取り付け状態を示す図

以下、一実施形態の回転電機について図１から図３を参照して説明する。
図１に示すように、回転電機１は、この場合三相の同期モータで、筐体２を備えている。以下、図１の左方向を正面側、右方向を後面側として説明する。筐体２は、円筒状をなすケース主体部３と、筐体２の正面側に存する正面側ブラケット４と、筐体２の後面側に存する後面側ブラケット５とを組み合わせて構成されている。ケース主体部３は図１の左右方向（前後方向）に延びる円筒状に形成されており、そのケース主体部３の内周部に、固定子６が設けられている。固定子６は、例えば珪素鋼板を多数枚積層した短円筒状に形成された固定子鉄心７と、この固定子鉄心７の図示しないコイル挿入孔に挿入された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の固定子コイル８とを有している。

正面側ブラケット４は、ケース主体部３の正面側の開口を塞ぐように装着される。後面側ブラケット５は、ケース主体部３の後面側の開口を塞ぐように装着される。つまり、固定子６は、筐体２内に収納された状態で設けられている。固定子コイル８から引き出されたリード線８ａは、ケース主体部３の上面に設けられている開口部３ａから筐体２の外部に引き出されている。このリード線８ａは、ケース主体部３の上面に設けられている平坦な取付部３ｂに取り付けられている端子台９に接続されている。端子台９には図示しないインバータ装置などと接続するための接続ケーブル９ａが接続されており、この接続ケーブル９ａを介して回転電機１の駆動信号が入力される。

固定子６の内周側には、回転子１０が回転可能に配設されている。回転子１０に設けられている回転軸１１は、固定子６の軸方向（前後方向）に延びており、正面側（図１の左側）の一端部１１ａが軸受１２を介して正面側ブラケット４に回転可能に支持され、後面側（図１の右側）の他端部１１ｂが軸受１３を介して後面側ブラケット５に回転可能に支持されている。正面側ブラケット４の径方向の中央部には、後方側へ突出するロータ支持部１５が形成されており、このロータ支持部１５に軸受１２が設けられている。また、ロータ支持部１５の正面外側には凹部１５ａが形成されており、回転軸１１の一端部１１ａがその凹部１５ａ内に突出している。

凹部１５ａの外側（正面側）に突出した回転軸１１の一端部１１ａには、レゾルバステータ１６とレゾルバロータ１７とを備えたレゾルバ１８が設けられている。このレゾルバ１８は、周知のように回転子１０の回転角度を検出するものである。レゾルバステータ１６は、複数の珪素鋼板を積層した略円環状に形成されており、図２に示すように、レゾルバロータ１７の外周側に、レゾルバロータ１７の最外縁部との間にわずかな空隙（ギャップ）を隔てて配置されている。本実施形態の場合、レゾルバステータ１６は、正面側ブラケット４の前面（回転子１０と反対側の面）に固定的に取り付けられている。すなわち、レゾルバステータ１６は、筐体２の外側に設けられている。

一方、レゾルバロータ１７は、複数の珪素鋼板を積層した略円環状に形成されており、図２に示すように、その外縁部に径方向外側に突出する４箇所の凸部１７ａを有している。なお、この凸部１７ａは、回転電機１の極数に応じて設けられているものであり、例えば８極のモータの場合には凸部１７ａは８箇所に設けられる。このレゾルバロータ１７は、図１に示すように、アダプタ１９を介して回転軸１１の一端部１１ａに取り付けられている。すなわち、レゾルバロータ１７は、回転子１０および回転軸１１と一体に回転する。

アダプタ１９は、全体としてレゾルバロータ１７の内径にほぼ等しい外径を有する略円柱状に形成されているとともに、回転軸１１側の面に回転軸１１の一端部１１ａの外径とほぼ等しい内径を有する凹部２０（挿入凹部、回転規制部に相当する）および径方向外側に延びるフランジ部２１とを備えている。アダプタ１９は、凹部２０に回転軸１１の一端部１１ａが挿入された状態で、ねじ２２（固定部材、移動規制部に相当する）により回転軸１１の一方（図示左方）の軸端面側に固定的に取り付けられている。つまり、ねじ２２は、アダプタ１９と回転軸１１との間の相対的な軸方向への移動、および、アダプタ１９と回転軸１１との間の相対的な回転移動を規制する移動規制部として機能する。また、アダプタ１９は、図２に示すように、凹部２０と反対側の面（前面側）に、回転軸１１の一端部１１ａに設けられている突起部２３（後述する図３参照）が挿入される挿入孔部２４が形成されている。この挿入孔部２４は、径方向の長さが周方向の長さよりも大きい扁平形状、本実施形態の場合は楕円形状に形成されている。これら突起部２３および挿入孔部２４により構成される移動規制部により、アダプタ１９は、回転軸１１に対して、周方向への移動すなわち回転方向のずれが規制される一方、径方向への移動が挿入孔部２４の大きさまで許容される。この、突起部２３および挿入孔部２４は、アダプタ１９と回転軸１１との間の相対的な回転移動を規制する移動規制部として機能する。

また、アダプタ１９の外周側の一部にはキー溝２５が設けられており、レゾルバロータ１７は、その内周側に設けられたキー１７ｂがこのキー溝２５に勘合した状態で、フランジ部２１に当接した状態でアダプタ１９に取り付けられている。このキー１７ｂおよびキー溝２５によって、アダプタ１９とレゾルバロータ１７との相対的な回転が規制されている。これらキー１７ｂおよびキー溝２５は、回転規制部に相当する。

レゾルバ１８は、回転軸１１の回転に伴ってレゾルバロータ１７が回転すると、その回転角度に応じた回転角度信号を出力ケーブル２６から出力する。出力ケーブル２６は、正面側ブラケット４の外側へ導出され、図示しない制御装置に接続されている。出力ケーブル２６から出力される回転角度信号は、制御装置に入力され、回転電機１の制御に用いられる。正面側ブラケット４の外側（正面側）には、レゾルバ１８が収容されている凹部１５ａの開口を塞ぐようにカバー２７がねじ止めされている。本実施形態では、カバー２７をアクリル製の透明な樹脂材料で形成している。なお、カバー２７は、金属材料などで形成してもよい。

このような構成のレゾルバ１８は、図３に示すように、回転子１０が収容され、正面側ブラケット４が取り付けられた状態で筐体２（図３では図示を省略している）に取り付けられる。回転軸１１の一端部１１ａは、回転子１０を筐体２に収容した場合、ロータ支持部１５の凹部１５ａ内に突出した状態、すなわち、筐体２の外側に突出した状態になっている。この状態で、レゾルバロータ１７を一体に取り付けたアダプタ１９を、回転軸１１の一端部１１ａに取り付ける。この場合、アダプタ１９は、凹部２０の内径Ｒ１が回転軸１１の一端部１１ａを挿入可能な大きさに形成されている一方、その外径Ｒ２がレゾルバロータ１７を挿入可能な大きさに形成されている。このため、アダプタ１９の内径Ｒ１を回転軸１１の一端部１１ａの外径に合わせて変更することにより、レゾルバロータ１７の内径を変更することなく回転軸１１に取り付けることができる。

これにより、回転軸１１に取り付けるためにレゾルバロータ１７の内径を回転軸１１よりも大きくするなどの制限が無くなり、複数種類の回転電機で共通のレゾルバ１８を用いることができる。換言すると、一実施形態の回転電機１に設けたレゾルバ１８は、回転軸１１の大きさ、本実施形態の場合は取り付け部位に相当する一端部１１ａの外径が異なるような複数種類の回転電機に対して共通に使用することができる。したがって、製造時には共通のレゾルバ１８を量産しておけばよく、量産効果によるコストの低減や製造時の部品管理のコストの削減などを図ることができる。

また、レゾルバロータ１７を回転軸１１の軸端面側から、また、筐体２の外部から取り付けているので、回転軸１１への取り付けおよび位置合わせを容易に行うことができ、組立性を向上させることができる。
また、アダプタ１９と回転軸１１の移動およびアダプタ１９とレゾルバロータ１７との回転をそれぞれ規制することにより、回転軸１１とレゾルバロータ１７との相対的な移動が規制される。したがって、アダプタ１９を介してレゾルバロータ１７を取り付ける構成であっても、回転子６の回転角度を精度よく検出することができる。

また、レゾルバステータ１６を、レゾルバロータ１７の外周側に、同じく筐体２の外側から正面側ブラケット４に取り付ける。つまり、レゾルバロータ１７およびレゾルバロータ１７は、作業者による目視確認が可能な筐体２の外側から筐体２に取り付けられている。このように、筐体２を組み立てた後にレゾルバ１８を外側から取り付けることにより、一実施形態の回転電機１では、レゾルバステータ１６およびレゾルバロータ１７を適切な位置関係で容易に取り付けることができ、取り付け作業の効率を改善することができる。

また、回転子１０が筐体２に収容された状態であることから、回転子１０は、レゾルバ１８を取り付ける前にその軸出しが行われている。このため、レゾルバロータ１７を取り付けた後に回転子１０の位置が変更されることが無いため、レゾルバステータ１６とレゾルバロータ１７の位置関係が変わることがない。このため、レゾルバステータ１６とレゾルバロータ１７との位置関係が適切な状態に維持することができ、回転角度の誤検出やその誤差の発生を抑制することができる。

また、レゾルバステータ１６およびレゾルバステータ１６を筐体２の外側に設けたことにより、ノイズ源になり得る固定子６および回転子１０とレゾルバ１８との距離が大きくなるとともに、主として金属製の正面側ブラケット４を固定子６および回転子１０とレゾルバ１８との間に配置することができ、ノイズの影響を低減することができる。

（その他の実施形態）
一実施形態の回転電機１ではレゾルバ１８の内径（アダプタ１９の外径Ｒ２）が回転軸１１の一端部１１ａの外径よりも大きい例を示したが、図４に示すように、レゾルバ１８の内径が回転軸１１の一端部１１ａの外径Ｒ３よりも小さい場合であっても、アダプタ１９の形状を変更することにより、レゾルバ１８の形状を変更することなく、使用することができる。

一実施形態の回転電機１では回転軸１１に突起部２３を設け、アダプタ１９に挿入孔部２４を設けたが、アダプタ１９に突起部２３を設け、回転軸１１に挿入孔部２４を設けてもよい。また、突起部２３（および対応する挿入口部２４）の位置は、図２に例示した位置に限定されない。また、アダプタ１９にキー溝２５を設け、レゾルバロータ１７にキーを設けたが、アダプタ１９にキーを設け、レゾルバロータ１７にキー溝を設けてもよい。

以上説明したように、実施形態による回転電機によれば、筐体に設けられた円環状のレゾルバステータと、レゾルバステータの内周側において回転軸に当該回転軸と一体回転するように設けられたレゾルバロータとを有し、このレゾルバロータを、アダプタを介して回転軸の軸端面側に取り付けている。そして、アダプタは、当該アダプタと回転軸との相対的な移動を規制する移動規制部、および、当該アダプタとレゾルバロータとの相対的な回転を規制する回転規制部を有している。これにより、アダプタの形状を変更することにより、レゾルバロータの形状を変更することなく様々な大きさの回転軸に取り付けることができ、複数種類の回転電機に対してレゾルバを共有することができる。

また、レゾルバロータを回転軸の軸端面側から取り付けているので、筐体への取り付けおよび位置合わせを容易に行うことができ、組立性を向上させることができる。
また、アダプタと回転軸との相対的な移動、およびアダプタとレゾルバロータとの相対的な回転をそれぞれ規制することにより、回転軸とレゾルバロータとの相対的な移動が規制される。したがって、アダプタを設けた場合であっても、回転子の回転角度を精度よく検出することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は回転電機、２は筐体、６は固定子、１０は回転子、１１は回転軸、１６はレゾルバステータ、１７はレゾルバロータ、１７ｂはキー（回転規制部）１８はレゾルバ、１９はアダプタ、２０は凹部（挿入凹部、移動規制部）、２２はねじ（固定部材、移動規制部）、２３は突起部（移動規制部）、２４は挿入孔部（移動規制部）、２５はキー溝（回転規制部）を示す。

Claims

筒状の筐体と、前記筐体内に設けられた固定子と、前記固定子の内周側に設けられ前記筐体と同軸に設けられている回転軸を有する回転子と、前記回転子の回転角度を検出するレゾルバと、を備えた回転電機であって、
前記レゾルバは、前記筐体に設けられた円環状のレゾルバステータと、前記レゾルバステータの内周側において前記回転軸に当該回転軸と一体回転するようにアダプタを介して前記回転軸の軸端面側に取り付けられているレゾルバロータとを有し、
前記アダプタは、当該アダプタと前記回転軸との相対的な移動を規制する移動規制部、および、当該アダプタと前記レゾルバロータとの相対的な回転を規制する回転規制部を有することを特徴とする回転電機。
前記移動規制部は、前記回転軸および前記アダプタの少なくとも一方に設けられた突起部と、前記アダプタおよび前記回転軸の少なくとも一方に設けられ、前記突起部が挿入される挿入孔部とを有し、
前記挿入孔部は、径方向の長さが周方向の長さよりも大きい扁平形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記移動規制部は、前記アダプタに設けられ前記回転軸が挿入される挿入凹部と、前記回転軸が前記挿入凹部に挿入された状態で前記回転軸の一方の軸端面から前記アダプタを前記回転軸に固定する固定部材と、を有することを特徴とする請求項１または２記載の回転電機。
前記回転規制部は、前記レゾルバロータの外周部に設けられているキー溝と、前記レゾルバロータの内周側に設けられ前記キー溝に勘合するキーと、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の回転電機。
前記レゾルバステータは、前記筐体の外側に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の回転電機。
前記レゾルバロータは、前記筐体の外側に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の回転電機。
前記レゾルバステータは、前記回転子が前記筐体に収容された状態で、前記筐体に対して外側から設置可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の回転電機。