JP2015077032A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバを備えた回転電機の信頼性を向上させる。
【解決手段】モータステータと、モータステータの径方向内側に形成されたモータロータと、モータロータの径方向内側に形成されたシャフトと、モータロータの回転位置を検出するレゾルバと、を備える回転電機であって、レゾルバは、レゾルバロータアダプタ、レゾルバロータ、を備え、回転電機は、非磁性体を含む部材を有し、レゾルバロータとシャフトとが非磁性体を含む部材により磁気的に隔離される回転電機。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

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。レゾルバを用いた回転電機の例として、特許文献１には、ステータの軸方向側に隣接配置された固定用部材を筒状ハウジングにかしめ固定することにより、ステータを筒状ハウジングに固定することを特徴とするステータの固定方法が開示されている。また、特許文献２には、レゾルバロータは、回転軸の外径よりも大きな穴部が形成される薄板形状を有し、穴部に回転軸が挿入された状態で、樹脂により回転軸に固定される、レゾルバロータの固定構造が開示されている。

特開２００４−４８９２５号公報 特開２００６−１５８００５号公報

特許文献１および特許文献２では、レゾルバロータがシャフトに直接固定されているために、メインのモータから漏れる磁束がシャフトを介してレゾルバに流入し、レゾルバが信号を誤検知し、回転電機の制御安定性、ひいては信頼性が低下する可能性がある。本発明は、レゾルバを備えた回転電機の信頼性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。

モータステータと、モータステータの径方向内側に形成されたモータロータと、モータロータの径方向内側に形成されたシャフトと、モータロータの回転位置を検出するレゾルバと、を備える回転電機であって、レゾルバは、レゾルバロータアダプタ、レゾルバロータ、を備え、回転電機は、非磁性体を含む部材を有し、レゾルバロータとシャフトとが非磁性体を含む部材により磁気的に隔離される回転電機。

本発明により、レゾルバを備えた回転電機の信頼性を向上できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機の回転軸を通る平面で切った断面図である。 本発明の一実施形態に係るレゾルバ周辺の斜視図である。

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る回転電機の分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る回転電機の回転軸を通る平面で切った断面図である。図４は、本発明の一実施形態に係るレゾルバ周辺の斜視図である。以下では、シャフト３００が延在している方向を軸方向、軸方向に垂直な方向を径方向、モータロータ２００の回転方向を周方向とする。

図１に示されるように、回転電機２０００は、モータステータ１００、モータロータ２００、シャフト３００、レゾルバ４００、ベアリング５００、エンドブラケット６００、ポンプ取付座７００、アウターハウジング８００、インナーハウジング９００を有する。本実施例における回転電機２０００は、ハイブリッドシステム、電動建設機械、ハイブリッド自動車などに適用できる。

モータステータ１００は、ステータコア１１０およびステータコイル１３０を有する。モータステータ１００は、モータロータ２００の径方向外側に形成される。モータステータ１００は、ステータコア１１０にステータコイル１３０を巻回することにより構成される。ステータコア１１０は、例えば、板状の磁性部材を打ち抜いて形成した複数の板状の成型部材を軸方向に積層して形成される。

モータロータ２００は、永久磁石２１０およびモータロータコア２２０を有する。モータロータ２００は、モータステータ１００の径方向内側に形成される。モータロータ２００は、シャフト３００の径方向外側に形成される。

ステータコイル１２０は、通電により磁束を発生させる。ステータコア１１０に巻回されたステータコイル１３０に電流を流すことによって、モータステータ１００の内部に磁界が発生する。モータステータ１００の内部に発生した磁界との電磁気的な相互作用によって、モータロータ２００がシャフト３００を中心に回転する。

モータロータコア２２０は、焼きバメまたは圧入により、シャフト３００に固定されている。モータロータコア２２０には、複数の貫通孔が設けられている。図１に示されるように、複数の貫通孔、つまり、モータロータコア２２０内に複数の永久磁石２１０が埋め込まれている。図１において、永久磁石２１０は、角型である。永久磁石２１０として、フェライト磁石、希土類磁石、ディスプロシウムの添加量を削減した希土類磁石、ボンド磁石などを用いることができる。

シャフト３００は、モータロータ２００の径方向内側に形成される。シャフト３００は、モータロータ２００で発生するトルクを外部負荷に伝達する。

レゾルバ４００は、レゾルバベースプレート４１０、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバステータ４３０、レゾルバロータ４４０、およびレゾルバロータ押え板４５０を有する。レゾルバ４００は、軸方向において、ポンプ取付座７００およびベアリング５００の間に形成されている。レゾルバ４００は、モータロータ２００の回転位置を検出する。

図１、図３、および図４に示されるように、レゾルバベースプレート４１０は、径方向において、レゾルバロータアダプタ４２０およびエンドブラケット６００の間に形成されている。レゾルバベースプレート４１０は、エンドブラケット６００にボルトにて固定されている。レゾルバベースプレート４１０は、レゾルバステータ４３０をエンドブラケット６００に固定するための冶具である。図３に示されるように、レゾルバベースプレート４１０は、エンドブラケットの角部６０２に合致する形状を有している。レゾルバベースプレート４１０の軸方向における断面は、Ｌ字状である。図４に示されるように、レゾルバベースプレート４１０は、周方向において、切欠き４１２が設けられている。切欠き４１２にポンプ取付座７００が嵌め合わされ、ポンプ取付座７００の径方向への動きを抑制している。

図１、図３、および図４に示されるように、レゾルバロータアダプタ４２０は、径方向において、シャフト３００およびレゾルバベースプレート４１０の間に形成されている。レゾルバロータアダプタ４２０は、レゾルバロータ４４０をシャフト３００に固定するための冶具である。レゾルバロータアダプタ４２０の軸方向における断面は、階段状である。

図３に示されるように、レゾルバステータ４３０は、レゾルバロータ４４０の径方向外側に形成される。レゾルバステータ４３０は、モータステータ１００と同様に、コイルにコアが巻回されることで構成される。レゾルバステータ４３０の軸方向の厚みは、レゾルバロータ４４０の軸方向の厚みとほぼ同じになっている。レゾルバステータ４３０は、ねじ止め等により、レゾルバベースプレート４１０に固定されている。

レゾルバロータ４４０は、軸方向において、レゾルバロータ押え板４５０およびレゾルバロータアダプタ４２０で挟持されている。レゾルバロータ４４０は、レゾルバロータアダプタの階段部４２２に嵌め合わされている。レゾルバロータ４４０は、板状の部材を打ち抜いて形成した複数の板状の成型部材を軸方向に積層して形成される。レゾルバロータ４４０は、円環形状を成している。レゾルバロータ４４０は、シャフト３００と直接接触しておらず、レゾルバロータ４４０は、シャフト３００と離れた位置にある。これにより、レゾルバロータ４４０の位置調整を容易にできる。また、レゾルバロータアダプタ４２０を用いてレゾルバ４００の大きさを自由に変えることができる。

レゾルバロータ押え板４５０は、軸方向において、レゾルバロータアダプタ４２０およびポンプ取付座７００の間に形成されている。レゾルバロータ押え板４５０は、軸方向において、レゾルバロータアダプタ４２０とともにレゾルバロータ４４０を固定する。レゾルバロータ押え板４５０は、ねじ止め等により、レゾルバロータアダプタ４２０に固定されている。レゾルバロータ押え板４５０は、円環形状を成している。

ベアリング５００は、軸方向において、ベアリングカバー５１０およびレゾルバ４００の間に形成されている。ベアリング５００は、エンドブラケット６００およびシャフト３００に固定されている。ベアリング５００は、軸受けとも言い、モータロータ２００を正確かつ滑らかに回転させる。

ベアリングカバー５１０は、軸方向において、ベアリング５００およびモータステータ１００の間に形成されている。ベアリングカバー５１０は、エンドブラケット６００に固定されている。ベアリングカバー５１０は、回転電機２０００の断面において、クランク状に構成されている。ベアリングカバー５１０は、ベアリング５００に異物が混入するのを防ぐ。

エンドブラケット６００は、軸方向において、アウターハウジング８００およびポンプ取付座７００の間に形成されている。エンドブラケット６００は、アウターハウジング８００およびインナーハウジング９００で形成された円筒形状の開放端を覆う。エンドブラケット６００は、突起６０２を有する。突起６０２において、エンドブラケット６００およびアウターハウジング８００がボルトにより固定されている。エンドブラケット６００は、延在部６０４を有する。延在部６０４は、軸方向において、ベアリング５００およびレゾルバロータアダプタ４２０の間に形成されている。延在部６０４は、ベアリング５００への異物の混入を防ぐ。エンドブラケット６００の内径部において、エンドブラケット６００およびインナーハウジング９００がボルトにより固定されている。

ポンプ取付座７００は、回転電機２０００および負荷を接続させるためのものである。ポンプ取付座７００は、レゾルバ４００を覆うことにより、レゾルバ４００を保護する。

アウターハウジング８００は、インナーハウジング９００の径方向外側に形成される。アウターハウジング８００およびインナーハウジング９００で形成された間隙に水などの冷媒を通すことにより、回転電機２０００を冷却する。

インナーハウジング９００は、モータステータ１００の径方向外側に形成される。インナーハウジング９００は、焼きバメまたは圧入により、モータステータ１００に固定されている。

本発明の一実施形態においては、レゾルバロータ４４０とシャフト３００とが非磁性体を含む部材により磁気的に隔離されている。換言すれば、非磁性体を含む部材により、レゾルバロータ４４０へのシャフト３００からの磁束が遮蔽されている。これにより、モータロータ２００からの漏れ磁束がレゾルバ４００に流入することを防止しつつ、レゾルバ４００に流入しなかった漏れ磁束を、効率よくレゾルバ４００周辺に逃がすことができる。

非磁性体を含む部材として、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバベースプレート４１０を用いた場合、非磁性体を含む部材により、レゾルバロータ４４０へのシャフト３００からの磁束を遮蔽することは難しい。シャフト３００からの漏洩磁束は、レゾルバロータアダプタ４２０、およびレゾルバロータ押え板４５０からレゾルバロータ４４０へ侵入し、レゾルバステータ４３０を通じてレゾルバベースプレート４１０を介してエンドブラケット６００へと流入することから、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバベースプレート４１０のみを非磁性体を含む部材としても、レゾルバロータ押え板４５０がシャフト３００とレゾルバロータ４４０とを磁気的にバイパスする可能性がある。

非磁性体を含む部材は、レゾルバ４００を構成する部材またはレゾルバ４００周辺の部材である。具体的には、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバベースプレート４１０、およびレゾルバロータ押え板４５０またはエンドブラケット６００が、非磁性体を含む、好ましくは非磁性体で構成されている。モータロータ２００からの漏れ磁束がレゾルバ４００に流入することを防止するために、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバベースプレート４１０、およびレゾルバロータ押え板４５０またはエンドブラケット６００に加えて、ベアリング５００、ベアリングカバー５１０、レゾルバロータ押え板４５０またはエンドブラケット６００、アウターハウジング８００、およびインナーハウジング９００のいずれか一つ以上が、非磁性体を含む、好ましくは非磁性体で構成されていることが望ましい。この中で、特に、レゾルバロータ押え板４５０およびエンドブラケット６００が、非磁性体を含む、好ましくは非磁性体で構成されていることが望ましい。

また、効率よくレゾルバ４００周辺に漏れ磁束を逃がすために、ベアリング５００、ベアリングカバー５１０、エンドブラケット６００、ポンプ取付座７００、アウターハウジング８００、およびインナーハウジング９００のいずれか一つ以上、望ましくは全ての部材が、磁性体を含む、好ましくは磁性体で構成されていることが望ましい。これにより、非磁性体を含む部材によってレゾルバロータ４４０を通らなくなった漏れ磁束が、磁性体を含む部材へ効率よく逃げる。

非磁性体を含む部材として、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバロータ押え板４５０、レゾルバベースプレート４１０を樹脂で一体成型等で構成したものを用いても良い。この場合、非磁性体を含む一体成型部材は、エンドブラケット６００に固定される。

レゾルバ４００を構成する部材またはレゾルバ４００周辺の部材の一部または全てを非磁性体にした場合の解析結果を以下の表１に示す。表１において、候補１に比べて、候補２乃至６では、レゾルバ磁束密度を低減できていることがわかる。レゾルバ磁束密度の観点でいえば、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバベースプレート４１０、レゾルバロータ押え板４５０、およびエンドブラケット６００のみを非磁性体で構成することが望ましい。非磁性化部位を抑えつつ、レゾルバ磁束密度を低減するためには、レゾルバロータアダプタ４２０、レゾルバベースプレート４１０、レゾルバロータ押え板４５０のみを非磁性体で構成することが望ましい。

上記の部材に非磁性体が含まれる場合、非磁性体の比透磁率は１以上３以下、好ましくは１以上２以下であることが望ましい。上記の部材に非磁性体が含まれる場合、非磁性体と磁性体の混合材料としてもよい。

非磁性体の材料として、樹脂、金属、金属合金、ステンレス等が挙げられる。樹脂として、ＡＢＳ樹脂、強化プラスチック（エンジニアリングプラスチック）、ベークライト、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。樹脂にこれらの材料を一種単独または二種以上用いても良い。金属の材料として、アルミニウム、真鍮、黄銅、亜鉛、金、銀、ニッケル等が挙げられる。金属にこれらの材料を一種単独または二種以上用いても良い。

磁性体の材料として、鉄、フェライト、パーマロイ等が挙げられる。磁性体にこれらの材料を一種単独または二種以上用いても良い。

１００ モータステータ
１１０ ステータコア
１２０ ステータコイル
２００ モータロータ
２１０ 永久磁石
２２０ モータロータコア
３００ シャフト
４００ レゾルバ
４１０ レゾルバベースプレート
４１２ 切欠き
４２０ レゾルバロータアダプタ
４２２ 階段部
４３０ レゾルバステータ
４４０ レゾルバロータ
４５０ レゾルバロータ押え板
５００ ベアリング
５１０ ベアリングカバー
６００ エンドブラケット
６０２ 突起
ポンプ７００ 取付座
８００ アウターハウジング
９００ インナーハウジング
２０００ 回転電機

Claims (9)

1. モータステータと、
   前記モータステータの径方向内側に形成されたモータロータと、
   前記モータロータの径方向内側に形成されたシャフトと、
   前記モータロータの回転位置を検出するレゾルバと、を備える回転電機であって、
   前記レゾルバは、レゾルバロータ、を備え、
   前記回転電機は、非磁性体を含む部材を有し、
   前記レゾルバロータと前記シャフトとが前記非磁性体を含む部材により磁気的に隔離される回転電機。
2. 請求項１において、
   前記レゾルバは、レゾルバロータアダプタ、レゾルバベースプレート、およびレゾルバロータ押え板を備え、
   前記レゾルバロータアダプタ、前記レゾルバベースプレート、および前記レゾルバロータ押え板は、前記非磁性体を含む部材である回転電機。
3. 請求項１乃至２のいずれかにおいて、
   前記回転電機は、エンドブラケットを備え、
   前記エンドブラケットは、前記非磁性体を含む部材である回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記回転電機は、ベアリング、ベアリングカバー、アウターハウジング、およびインナーハウジングを備え、
   前記ベアリング、前記ベアリングカバー、前記アウターハウジング、および前記インナーハウジングのいずれか一つ以上は、磁性体を含む回転電機。
5. 請求項４において、
   前記レゾルバロータアダプタ、前記レゾルバベースプレート、および前記レゾルバロータ押え板は、非磁性体で構成され、
   前記ベアリング、前記ベアリングカバー、前記エンドブラケット、前記アウターハウジング、および前記インナーハウジングは、磁性体で構成される回転電機。
6. 請求項１において、
   前記レゾルバロータアダプタ、前記レゾルバベースプレート、および前記エンドブラケットは、非磁性体で構成され、
   前記レゾルバロータ押え板、前記ベアリング、前記ベアリングカバー、前記エンドブラケット、前記アウターハウジング、および前記インナーハウジングは、磁性体で構成される回転電機。
7. 請求項４乃至５のいずれかにおいて、
   前記レゾルバロータアダプタ、前記レゾルバロータ、前記レゾルバロータ押え板、および前記エンドブラケットは、非磁性体で構成され、
   前記ベアリング、前記ベアリングカバー、前記エンドブラケット、前記アウターハウジング、および前記インナーハウジングは、磁性体で構成される回転電機。
8. 請求項４乃至７のいずれかにおいて、
   前記エンドブラケットは、延在部を有し、
   前記延在部は、軸方向において、前記ベアリングおよび前記レゾルバロータアダプタの間に形成される回転電機。
9. 請求項２乃至８のいずれかにおいて、
   前記レゾルバロータは、前記レゾルバロータアダプタの階段部に嵌め合わされている回転電機。