JP2013027122A - レゾルバ及びその製造方法、並びにレゾルバ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース部材の嵌合部の真円度の影響を小さくし、検出精度を高めることができるレゾルバを提供する。
【解決手段】円筒形状の嵌合部２５を有するケース部材１５と、前記嵌合部２５に嵌合される環状のレゾルバステータ１２と、このレゾルバステータ１２に対して径方向に隙間をあけて対向するレゾルバロータ１３と、を備えているレゾルバ１０であって、前記レゾルバステータ１２の鉄芯４２が電磁鋼板４２ａからなり、この電磁鋼板４２ａの圧延方向Ａを前記嵌合部２５の最大直径方向に沿わせた状態で、前記レゾルバステータ１２が前記嵌合部２５に嵌合される。
【選択図】 図６

Description

本発明は、モータ等に設けられた回転軸の回転角度（回転位置）を検出するために用いられるレゾルバ及びその製造方法、並びにレゾルバ付き転がり軸受装置に関するものである。

レゾルバは、回転軸の回転角度（回転位置）を検出するために用いられる角度検出装置の一つであり、レゾルバステータとレゾルバロータとを備えている。レゾルバステータは、円環状に形成されると共に、その内周面にコイルを巻回した複数のティース部（歯部）を周方向に間隔をあけて備えている。また、レゾルバロータは、レゾルバステータの径方向内側に隙間をあけた状態で配置され、回転軸に一体回転可能に取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−９０５１１号公報

特許文献１に記載されたレゾルバは、レゾルバステータの外周面が円筒形状のケースの内周面に圧入により嵌合されている。しかしながら、ケースの内周面に歪や寸法誤差があると、その影響をレゾルバステータが受けてティース部の径方向の位置が変化し、レゾルバロータとの隙間を適切に設定できなくなり、検出精度が低下するという問題がある。特に、ケースがプレス加工によって成形される場合、ケースの内周面は正確な真円にはならず、その素材の圧延方向に歪みが生じて楕円形や長円形になる場合が多い。楕円形や長円形のケースの内周面にレゾルバステータを嵌合すると、ケースの内周面の長軸方向ではレゾルバステータのティース部とレゾルバロータとの隙間が拡がり、短軸方向ではティース部とレゾルバロータとの隙間が狭まるため、レゾルバステータとレゾルバロータとの間の磁束の通りやすさにバラツキが生じ、検出精度の低下を招く。

本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであり、ケース部材の嵌合部の真円度に影響されることなく検出精度を高めることができるレゾルバ及びその製造方法、並びにレゾルバ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、円筒形状の嵌合部を有するケース部材と、前記嵌合部に嵌合される環状のレゾルバステータと、このレゾルバステータに対して径方向に隙間をあけて対向するレゾルバロータと、を備えているレゾルバであって、前記レゾルバステータの鉄芯が電磁鋼板からなり、前記嵌合部が楕円形又は長円形に形成され、前記電磁鋼板の圧延方向を前記嵌合部の長軸方向に沿わせた状態で、前記レゾルバステータが前記嵌合部に嵌合されていることを特徴とする。

また、本発明は、円筒形状の嵌合部を有するケース部材と、前記嵌合部に嵌合される環状のレゾルバステータと、このレゾルバステータに対して径方向に隙間をあけて対向するレゾルバロータと、を備えているレゾルバの製造方法であって、前記レゾルバステータの鉄芯を電磁鋼板により形成し、前記嵌合部を楕円形又は長円形に形成し、前記電磁鋼板の圧延方向を前記嵌合部の長軸方向に沿わせた状態で、前記レゾルバステータを前記嵌合部に嵌合させることを特徴とする。

上記のレゾルバにおいて、レゾルバステータを嵌合させる嵌合部は、通常、正確な真円ではなく僅かに楕円形又は長円形に形成されることが多く、このような嵌合部にレゾルバステータを嵌合させると、嵌合部の長軸方向については、レゾルバステータとレゾルバロータとの隙間が拡がり、短軸方向については、レゾルバステータとレゾルバロータとの隙間が狭まる。したがって、レゾルバステータとレゾルバロータとの間では、嵌合部の長軸方向で磁束が通りにくく、嵌合部の短軸方向で磁束が通り易くなり、そのためにレゾルバの検出結果にバラツキが生じ、検出精度が低下する。

本発明では、レゾルバステータの鉄心である電磁鋼板の圧延方向を嵌合部の長軸方向に沿わせた状態で、レゾルバステータを嵌合部に嵌合させている。電磁鋼板は、圧延方向の磁気特性が良好で、磁束が通り易くなる反面、圧延方向と直交する方向には磁束が通りにくくなっている。そのため、レゾルバステータとレゾルバロータとの間で磁束が通りにくくなる嵌合部の長軸方向においてレゾルバステータ自体の磁束の通りを良くし、磁束が通りやすくなる嵌合部の短軸方向においてレゾルバステータ自体の磁束の通りを相対的に悪くすることによって、周方向全体で磁束の通りやすさを略均一にすることができ、レゾルバの検出結果のバラツキを抑制して検出精度を高めることができる。

本発明のレゾルバ付き転がり軸受装置は、上述のレゾルバと、内輪、外輪、及びこれらの間に転動可能に配置された転動体を有し、かつ回転軸を回転自在に支持するための転がり軸受と、を備え、前記レゾルバのケース部材は、前記転がり軸受の外輪が取り付けられる外輪取付部を有しており、前記レゾルバステータ及び前記転がり軸受が、前記ケース部材によって１ユニットとして組み立てられていることを特徴とする。

このように、レゾルバステータ及び転がり軸受がケース部材によって１ユニットとして組み立てられることによって、レゾルバ及び転がり軸受の取り扱いやハウジング及び回転軸に対する組み付け作業を容易に行うことができる。また、レゾルバステータと転がり軸受とが１ユニットとして組み立てられているので、これらの軸心合わせを精度よく行うことができる。そのため、この転がり軸受に組み付けられる回転軸やこの回転軸に取り付けられるレゾルバロータと、レゾルバステータとの組み付け精度も高めることができる。

本発明によれば、ケース部材の嵌合部の真円度に影響されることなくレゾルバの検出精度を高めることができる。

本発明の実施の形態に係るレゾルバを示す側面断面図である。 レゾルバの一部を示す正面図である。 レゾルバステータ及びレゾルバロータを示す正面図である。 レゾルバステータの一部を拡大して示す正面図である。 レゾルバステータの斜視図である。 ケース部材及びステータコアの斜視図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るレゾルバを示す側面断面図である。
本実施の形態のレゾルバ１０は、例えば、ハイブリッド自動車に使用されるモータジェネレータの回転軸１１の回転角度（回転位置）を検出するために用いられるものであり、レゾルバステータ１２と、レゾルバロータ１３とを備えている。また、回転軸１１を回転自在に支持するための転がり軸受１４とレゾルバ１０とによって、レゾルバ付き転がり軸受装置が構成される。そして、レゾルバ１０のレゾルバスタータ１２は、転がり軸受１４とともにケース部材１５に組み付けられており、このレゾルバステータ１２、転がり軸受１４、及びケース部材１５によって１ユニットの組立部品（レゾルバユニット１７）が形成される。

転がり軸受１４は、内輪軌道１８を有する内輪１９と、この内輪１９の径方向外側に同心状に配置された、外輪軌道２０を有する外輪２１と、内輪軌道１８及び外輪軌道２０の間に転動可能に配置された複数の転動体２２とを備えている。本実施の形態の転がり軸受１４は、転動体２２としての玉を備えた玉軸受とされている。また、転がり軸受１４の外輪２１はケース部材１５に固定され、内輪１９は回転軸１１に一体に形成された取付部１６に固定されている。

図２は、レゾルバ１０の一部（レゾルバロータ１３を除く一部）を示す正面図である。また、図６は、ケース部材１５とレゾルバステータ１２（ステータコア４２）とを示す斜視図である。なお、図６においてはレゾルバステータ１２のステータコア４２（詳細については後述する）を一部分解した状態で示している。
図１、図２、及び図６に示されるように、ケース部材１５は、転がり軸受１４の外輪２１が取り付けられる外輪取付部（第２嵌合部）２４と、レゾルバステータ１２が取り付けられる嵌合部（第１嵌合部）２５とを備えている。外輪取付部２４は、円筒形状に形成されており、その内周面に外輪２１の外周面が圧入により嵌合・固定される。また、嵌合部２５も円筒形状に形成されており、レゾルバステータ１２の外周面が圧入により嵌合・固定される。

外輪取付部２４は嵌合部２５よりも小径に形成されており、外輪取付部２４と嵌合部２５との間には径方向に沿って配置された円環部２７が形成されている。また、外輪取付部２４の軸方向一端部（軸方向に関して嵌合部２５とは反対側の端部（図１における外輪取付部２４の右端部））には、径方向内方へ屈曲する内鍔部２８が形成されている。

嵌合部２５の軸方向他端部（軸方向に関して外輪取付部２４とは反対側の端部（図１における嵌合部２５の左端部））には、径方向外方へ屈曲する外鍔部２９が形成されている。そして、外輪取付部２４、嵌合部２５、円環部２７、内鍔部２８、及び外鍔部２９は、金属製の板材に対してプレス加工（絞り加工）等の塑性加工を施すことによって一体成形されている。

内鍔部２８は、外輪取付部２４に嵌合された外輪２１の軸方向の位置を規制する規制部として機能している。また、外鍔部２９は、後述するコネクタ部５１（図２参照）の位置を除いて概ね嵌合部２５の全周に形成されており、嵌合部２５を外周側から補強するリブとしての機能を有している。また、外鍔部２９には、さらに径方向外側に延びるフランジ部３１が周方向に一定の間隔をあけて複数（図示例では３個）形成されている。このフランジ部３１には、軸心Ｏを中心とする円弧状の長孔３２が形成されている。

図１に示されるように、ケース部材１５は、固定リング３４を介してモータジェネレータ等のハウジング３５に取り付けられる。固定リング３４は、図２に示されるように、周方向に一定の間隔をあけて複数（３個）のボス部３６を有しており、このボス部３６には雌ネジ孔３７が形成されている。そして、ケース部材１５のフランジ部３１に固定リング３４を重ね合わせ、ハウジング３５及び長孔３２に挿入されたボルト３８を雌ネジ孔３７に螺合することによって、ケース部材１５がハウジング３５に取り付けられる。また、長孔３２の範囲内でケース部材１５の周方向の位置を調整することができる。

図１に示されるように、回転軸１１には、取付部１６が一体に形成されている。取付部１６は、回転軸１１の外周面の一部を径方向外方に突出させることによって構成されている。この取付部１６の軸方向一端部には、内輪１９が嵌合される内輪取付部１６ａが形成されており、取付部１６の軸方向中途部には、レゾルバロータ１３が固定されている。
なお、この取付部１６は、回転軸１１とは別体の部品として構成されていてもよい。この場合、取付部１６を金属材料や合成樹脂材料等によって円筒形状に形成し、回転軸１１の外周面に嵌合することによって一体回転可能に取り付けてもよい。また、内輪取付部１６ａには内輪１９が圧入により嵌合されていてもよい。

図３は、レゾルバステータ１２及びレゾルバロータ１３を示す正面図、図４は、レゾルバステータ１２の一部を拡大して示す正面図、図５は、レゾルバステータ１２を示す斜視図である。レゾルバステータ１２は環状に形成されており、ステータコア（鉄芯）４２と、コイル４３と、インシュレータ４４とを備えている。ステータコア４２は、図６にも示されるように、複数枚の電磁鋼板４２ａを積層することによって形成されており、円環状の環状部４５と、この環状部４５の内周面から径方向内方へ向けて突出する複数（図示例では８個）のティース部４６とを一体に備えている。複数のティース部４６は周方向に一定の間隔をあけて形成されている。また、各ティース部４６は、基部４６ａと先端部４６ｂとからなり、基部４６ａは先端部４６ｂよりも周方向の幅が小さく、先端部４６ｂは基部４６ａから周方向両側へ大きく拡がった形状に形成されている。そして、図３及び図４に示されるように、このティース部４６の基部４６ａに対して励磁用及び出力用のコイル４３が巻き付けられる。

インシュレータ４４は、合成樹脂等の絶縁材料によって環状に形成されている。また、インシュレータ４４は、図１に示されるように、ステータコア４２の軸方向両側の面にそれぞれ配置されている。そして、図４に示されるように、インシュレータ４４は、ステータコア４２のティース部４６を被覆する被覆部４８を有しており、当該被覆部４８はティース部４６をコイル４３から絶縁している。

インシュレータ４４の被覆部４８は、径方向に一対の壁部５０ａ，５０ｂを有しており、この一対の壁部５０ａ，５０ｂの間にコイル４３が巻き付けられている。ステータコア４２の軸方向の一方面に配置されたインシュレータ４４には、コイル４３を接続させる端子を備えたコネクタ部５１が形成されている（図３及び図５参照）。また、当該一方のインシュレータ４４の軸方向端部には、コイル４３を軸方向外側から覆う環状のカバー部材５２が取り付けられている（図１及び図２参照）。

図３に示されるように、レゾルバロータ１３は、正面視（軸方向視）で略楕円形状に形成され、その外周面が、レゾルバステータ１２のティース部４６に対して隙間をあけて対向している。回転軸１１が回転すると、レゾルバロータ１３も一体的に回転し、レゾルバステータ１２の各ティース部４６とレゾルバロータ１３との隙間の大きさが変化する。そして、レゾルバステータ１２の励磁用のコイル４３に交流電流を流しておくと、出力用のコイル４３には、その隙間の大きさの変化に応じた出力が発生し、この出力に基づいて回転軸１１の回転角度を検出することができる。励磁用のコイル４３は全てのティース部４６に対して設けられ、出力用のコイル４３は、ＳＩＮ出力用のコイル４３とＣＯＳ出力用のコイル４３とからなり、これらは複数のティース部４６に対して周方向に交互に設けられる。そして、ＳＩＮ出力用のコイル４３とＣＯＳ出力用のコイル４３との出力電圧の振幅変化は９０°位相がずれており、この出力電圧を信号処理することによって回転軸１１の回転角度を検出することができる。

図６に示されるように、ケース部材１５は、プレス加工によって形成されるため、嵌合部２５が正確な真円に形成されることはほとんどなく、通常は、ケース部材１５の素材の圧延方向に長い楕円形又は長円形に形成される。したがって、嵌合部２５の直径は、楕円形又は長円形の長軸Ｌ方向で最大値Ｄ_Ｌとなり、短軸Ｓ方向で最小値Ｄ_Ｓとなる。最大値ＤＬと最小値ＤＳの差は、例えば２０μｍ程度である。

このような楕円形又は長円形の嵌合部２５にステータコア４２を嵌合させると、当該嵌合部２５の形状の影響を受けてステータコア４２の真円度が損なわれ、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との隙間にバラツキが生じる。すなわち、嵌合部２５の長軸Ｌ方向に関しては、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との隙間が拡がり、短軸Ｓ方向に関しては、レゾルバステータ１２とレゾルバロータとの隙間が狭くなる。そして、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との隙間が拡がると両者間で磁束が通りにくくなり、当該隙間が狭くなると両者間で磁束が通り易くなり、磁束の通りやすさにバラツキが生じる。このような磁束の通りやすさのバラツキは、回転角度の検出精度の低下に繋がる。

そのため、本実施の形態のレゾルバ１０においては、以下に説明する構成を採用することによって、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との間の磁束の通りやすさのバラツキを抑制し、検出精度を高めている。

レゾルバステータ１２のステータコア４２は、複数枚の電磁鋼板４２ａを積層することによって構成されている。この電磁鋼板４２ａは、素材の圧延方向についての磁気特性が高く、当該方向に磁束を通し易くなっている。その反面、圧延方向に直交する方向については磁気特性が低く、当該方向に磁束を通しにくくなっている。このため、本実施の形態のステータコア４２は、複数枚の電磁鋼板４２ａの圧延方向（矢印Ａで示す）を揃えるとともに、この圧延方向Ａを嵌合部２５の長軸Ｌ方向に沿わせた状態で、ステータコア４２を嵌合部２５に嵌合・固定するようにしている。

すなわち、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との間で磁束が通りにくくなる嵌合部２５の長軸Ｌ方向に関しては、レゾルバステータ１２自体の磁束の通りを良くし、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との間で磁束が通り易くなる嵌合部２５の短軸Ｓ方向に関しては、レゾルバステータ１２自体の磁束の通りを相対的に悪くしている。これにより、レゾルバ１０の周方向の全体で磁束の通りやすさを略均一にし、検出精度を高めているのである。

なお、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３との間の磁束の通りやすさのバラツキを防止するためには、ケース部材１５の嵌合部２５の真円度を高めることが考えられる。しかし、この場合、ケース部材１５のプレス加工後に嵌合部２５の形状を矯正する作業が必要となり、製造工数が増大するという欠点がある。また、嵌合部２５を真円に矯正した場合に、複数枚の電磁鋼板４２ａの圧延方向を一方向に揃えたとすると、当該方向において磁束が通り易くなり、周方向全体における磁束の通りやすさが不均一になる。そのため、各電磁鋼板４２ａの圧延方向が均等にばらつくように調整し、ステータコア４２の周方向全体で磁束の通りやすさを均一にする必要がある。しかし、このような圧延方向の調整作業を行うことによっても製造工数が増大する。この点、本実施の形態では、ケース部材１５の嵌合部２５の形状を矯正する必要もなく、複数枚の電磁鋼板４２ａの圧延方向を均等にばらつかせる調整も必要なく、少ない製造工数でレゾルバを製造することが可能となる。

本実施の形態のレゾルバ１０は、ケース部材１５の嵌合部２５の外周部に外鍔部２９が形成されることによって嵌合部２５の剛性が高められており、これによってステータコア４２の圧入荷重（嵌合部２５による締付荷重）を十分に確保することができる。

ケース部材１５は、嵌合部２５と外輪取付部２４との間に円環部２７を備えているので、嵌合部２５に対するレゾルバステータ１２の嵌合と、外輪取付部２４に対する外輪２１の嵌合とが相互に影響を及ぼすことがない。例えば、外輪取付部２４に外輪２１を嵌合させることによって外輪取付部２４に歪等が生じたとしても、その影響が嵌合部２５に及ぶことはほとんどなく、レゾルバステータ１２のティース部４６とレゾルバロータ１３との隙間が狂ってしまうこともない。

ケース部材１５を構成する外輪取付部２４、嵌合部２５、円環部２７、内鍔部２８、及び外鍔部２９はプレス加工により一体成形されているので、ケース部材１５を容易に製造することができる。
また、本実施の形態のレゾルバ１０は、レゾルバステータ１２及び転がり軸受１４が、ケース部材１５によって一体化（１ユニット化）されているので、これらが別体として構成されている場合に比べて、レゾルバ１０及び転がり軸受１４の取り扱いや、ハウジング３５や回転軸１１に対する組付けを容易に行うことができる。また、レゾルバステータ１２及び転がり軸受１４が一体化されることによって、レゾルバステータ１２と転がり軸受１４との軸心合わせを正確に行うことができ、この転がり軸受に組み付けられる回転軸やこの回転軸に取り付けられるレゾルバロータと、レゾルバステータとの組み付け精度も高めることができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更することができる。
例えば、レゾルバステータ１２のステータコア４２を構成する電磁鋼板４２ａの枚数は適宜変更することが可能である。また、レゾルバステータ１２のティース部４６の数、形状やレゾルバロータ１３の形状等についても限定されるものではなく、適宜変更することができる。また、ステータコア４２を構成する電磁鋼板４２ａは、方向性電磁鋼板であってもよい。
また、レゾルバステータ１２とレゾルバロータ１３とは、径方向の配置を逆にすることも可能である。すなわち、レゾルバステータ１２を内周側に配置し、レゾルバロータを外周側に配置することもできる。

１０：レゾルバ、１１：回転軸、１２：レゾルバステータ、１３：レゾルバロータ、１４：転がり軸受、１５：ケース部材、１９：内輪、２１：外輪、２２：転動体、２４：外輪取付部、２５：嵌合部、４２：ステータコア（鉄芯）、４２ａ：電磁鋼板

Claims (3)

1. 円筒形状の嵌合部を有するケース部材と、前記嵌合部に嵌合される円環状のレゾルバステータと、このレゾルバステータに対して径方向に隙間をあけて対向するレゾルバロータと、を備えているレゾルバであって、
   前記レゾルバステータの鉄芯が電磁鋼板からなり、
   前記嵌合部が楕円形又は長円形に形成され、
   この電磁鋼板の圧延方向を前記嵌合部の長軸方向に沿わせた状態で、前記レゾルバステータが前記嵌合部に嵌合されていることを特徴とするレゾルバ。
2. 円筒形状の嵌合部を有するケース部材と、前記嵌合部に嵌合される環状のレゾルバステータと、このレゾルバステータに対して径方向に隙間をあけて対向するレゾルバロータと、を備えているレゾルバの製造方法であって、
   前記レゾルバステータの鉄芯を電磁鋼板から形成し、
   前記嵌合部を楕円形又は長円形に形成し、
   前記電磁鋼板の圧延方向を前記嵌合部の長軸方向に沿わせた状態で、前記レゾルバステータを前記嵌合部に嵌合させることを特徴とするレゾルバの製造方法。
3. 請求項１に記載のレゾルバと、
   内輪、外輪、及びこれらの間に転動可能に配置された転動体を有し、かつ回転軸を回転自在に支持するための転がり軸受と、を備え、
   前記レゾルバのケース部材は、前記転がり軸受の外輪が取り付けられる外輪取付部を有しており、
   前記レゾルバステータ及び前記転がり軸受が、前記ケース部材によって１ユニットとして組み立てられていることを特徴とするレゾルバ付き転がり軸受装置。

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