JP2016039691A - レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバステータの組み付け性と位置決め精度の両立を図る。【解決手段】複数枚の磁性鋼板５６が積層されて形成されたレゾルバステータコア４０は、レゾルバステータの周方向の位置決めを行うノックピン５０を受け入れるピン受入部５４を有する。ピン受入部５４は、積層される各鋼板に形成されたピン受入要素５８が積層されることにより形成される。周方向における各ピン受入要素５８の寸法が、ノックピン５０が挿入される方向に沿って順に狭くなる。ノックピン５０の挿入初期にはピン受入部５４の幅が広く、組み付けが容易になる。組み付けが完了すると、ノックピン５０とピン受入部５４の周方向の隙間が狭くなり、高い位置決め精度が達成される。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機のロータの回転位置を検出するレゾルバに関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。

回転電機には、ロータの回転位置を検知するために、レゾルバを備えるものがある。レゾルバは、回転電機のロータ側の構造部材、つまりロータまたはロータと一体に回転する構造部材に装着されるレゾルバロータと、回転電機のステータ側の構造部材、つまり固定された構造部材に装着されるレゾルバステータとを含む。レゾルバロータは、例えば回転電機の出力軸に装着され、レゾルバステータは、レゾルバロータを囲むように、例えば回転電機を収めるケースに装着される。

レゾルバロータは、周方向位置において半径寸法が異なり、回転すると、周囲のレゾルバステータ上の任意の点との間隙が周期的に変化する。レゾルバは、この間隙を測定して回転電機のロータの回転位置を検出する。レゾルバロータは鋼等の磁性材料から構成される。また、レゾルバロータの形状は、例えば、楕円や、回転電機の出力軸に偏心して装着された円板である。レゾルバステータは、コアとこれに巻装された一次コイルおよび二次コイルを有する。一次コイルにより二次コイルに誘起される電流は、レゾルバのロータとステータの間隙の変化に応じて変化する。この電流の変化から回転電機のロータの回転位置を検出することができる。レゾルバステータは、一次および二次コイルの周方向位置を回転電機のステータに対して位置決めする必要があり、このため、ノックピン等の位置決め要素が用いられている。

下記特許文献１には、３本のノックピン（５０）により、検出ステータ（３２）の位置決めを行うレゾルバ（１０）が開示されている。また、下記特許文献２には、１本のノックピン（４４）でレゾルバステータ（３６）の位置決めを行うレゾルバ（１２）が開示されている。なお、（ ）で囲まれた符号は、該当文献にて用いられている符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１３−０９３９８３号公報 特開２０１３−１７６２６５号公報

レゾルバステータには、ノックピンを受け入れるピン受入部が設けられている。レゾルバステータを装着する際には、装着対象部位に立設されたノックピンに、ピン受入部を位置合わせする。ノックピンとピン受入部の遊びが大きいと、ステータの位置決め精度が低下し、検出精度が低下する。一方、遊びを小さくすると、ノックピンをピン受入部に挿入しづらくなり、組み付け作業の難易度が高くなる。

本発明は、検出精度が高く組み付け作業が容易なレゾルバを提供することを目的とする。

本発明に係るレゾルバは、複数枚の鋼板が積層されて形成された略円環形状のコアを有するレゾルバステータを有し、コアには、レゾルバステータを組み付ける対象部位に設けられレゾルバステータの周方向の位置決めを行うノックピンを受け入れるピン受入部が設けられ、ピン受入部は、積層される各鋼板に形成されたピン受入要素が積層されることにより形成され、レゾルバステータの周方向における各ピン受入要素の寸法が、ノックピンが挿入される方向において順に狭くなる。

ピン受入部がピン挿入方向に狭くなっていくので、ノックピンがピン受入部の狭い部分に誘導され、組み付けが容易となる。

レゾルバステータの組み付け性と、レゾルバの高い検出精度を両立することができる。

レゾルバ周囲の回転電機の断面図である。 レゾルバステータを軸線方向から見た図である。 レゾルバステータコアを図２中の矢印Ａの方向から見た図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、回転電機１０のレゾルバ１２の周囲の構成を示す回転電機の回転軸線を含む断面図である。回転電機１０は、ロータ１４とステータ１６を含む。ロータ１４とステータ１６は、ケース１８内に収められ、ロータ１４はケース１８に対して回転可能に支持されており、ステータ１６はケース１８に固定されている。ロータ１４は略円柱形状のロータコア２０と、ロータコア２０の円柱軸線と同軸に配置され、これと一体となったロータシャフト２２を有する。ステータ１６は、ロータコア２０の周囲を取り囲むように配置され、ロータコア２０の円柱軸線と同軸に配置された概略円筒形状のステータコア２４と、ステータコア２４に巻装されたステータコイル２６を含む。ステータコア２４は円筒内周面に、周方向に交互に凹部、凸部が配置され、この凸部にコイル導線が巻回されてステータコイル２６が形成されている。この凸部はティース、またティースの間の凹部がスロットと呼ばれている。

ケース１８は、ステータ１６の周囲を囲み、一方の端部が開放しているケース本体２８と、ケース本体２８に固定され、その端部開口を覆うエンドカバー３０を有する。エンドカバー３０には、軸受３２が配置され、この軸受３２によりロータシャフト２２が回転可能に支持されている。

エンドカバー３０の近傍には、レゾルバ１２が設けられている。レゾルバ１２は、ロータシャフト２２に固定されたレゾルバロータ３４と、エンドカバー３０に固定されたレゾルバステータ３６を有する。レゾルバロータ３４は、ロータ１４と一体となって回転する。また、レゾルバロータ３４は、周方向において半径方向の寸法が変化する板形状を有する。レゾルバロータ３４の形状は、例えば楕円板形状であり、また偏心した円板形状とすることもできる。さらに、レゾルバロータ３４は、複数枚の磁性鋼板を積層して形成することができる。レゾルバステータ３６は、ステータ１６が固定される構造部材であるケース１８に設けられる。より具体的には、エンドカバー３０に設けられた台座３８に、ボルト等の締結要素により固定される。

レゾルバステータ３６は、全体として略円環形状を有し、レゾルバロータ３４の半径方向外側を囲むように配置される。レゾルバステータ３６は、磁性鋼板を積層して形成されたレゾルバステータコア４０と、レゾルバステータコア４０に巻装されたレゾルバコイル４２を有する。レゾルバステータコア４０は、略円環形状のヨーク部４４、ヨーク部４４の内周から中心に向けて延びるティース４６を有する。ティース４６は周方向に互いに間隔をあけて複数配置され、これによりレゾルバステータコア４０の内周に凹凸が形成される。ティース４６の間の凹部は、スロットと呼ばれる。導線をスロットに挿入しつつ、ティース４６の周囲に巻回し、レゾルバコイル４２が形成される。レゾルバコイル４２のスロットから出た部分はコイルエンドと呼ばれ、このコイルエンドはコイルエンドカバー４８に覆われている。コイルエンドカバー４８は、例えばレゾルバコイル４２をレゾルバステータコア４０に巻回した後、このコアを成形型内に配置して、インサート成形を行って形成することができる。

レゾルバコイル４２は、一次コイルと、所定の電気角位相をもって配置された二つの二次コイルを有する。一次コイルに交流電力を供給すると、レゾルバロータ３４が励磁され、二次コイルに電圧が発生する。前述のように、レゾルバロータ３４は、周方向においてその半径方向寸法が異なる。このために、レゾルバステータ３６上の周方向のある点において、レゾルバロータ３４との間隙は、レゾルバロータ３４の回転と共に変化する。したがって、レゾルバコイル４２とレゾルバロータ３４の間の透磁率もレゾルバロータ３４の回転と共に変化し、二次コイルに生じる電圧も同様に回転と共に変化する。この変化に基づき、回転電機のロータ１４の回転位置を算出できる。

レゾルバ１２は、回転電機のステータ１６に対する回転電機のロータ１４の回転位置を検出するものである。よって、回転電機およびレゾルバの各々のステータの位置関係、ロータの位置関係は、精度良く位置合わせされなければならない。このために、この実施形態のステータ側に関して、周方向の位置決めを行うための要素５０が用いられている。この位置決め要素は、具体的にはノックピン５０である。ノックピン５０は、台座３８に設けられたピン穴５２に挿入され、例えば圧入によって固定される。径方向の位置決めは、例えば、レゾルバステータ３６、特にレゾルバステータコア４０と台座３８にインローの構造を設けることにより達成できる。

図２はノックピン５０とレゾルバステータ３６を軸線方向から見た図、図３はノックピン５０とレゾルバステータコア４０を図２中の矢印Ａの方向に見た図である。レゾルバステータコア４０にノックピン５０を受け入れるピン受入部５４が設けられている。ピン受入部５４は、レゾルバステータコア４０の外周縁から切り込まれた切り欠きの態様を有する。切り欠きの形状は、図２に示すよう外周縁から径方向内側に延びるＵ字形とすることができる。また、ピン受入部５４の態様は、切り欠き以外にも、周囲に開放する部分を有していない形態、つまり穴とすることができる。穴の場合、円形の穴でもよく、径方向に長い長穴であってもよい。

図３において、左右方向がレゾルバステータコア４０の周方向である。ピン受入部５４のレゾルバ周方向における寸法（以下、「幅」と記す。）は、台座３８側が広く、反対側に向けて徐々に狭くなっていく。つまり、ピン受入部５４は、ノックピン５０を受け入れる際の入口側の幅が広く、ノックピン５０が挿入される方向に沿って狭くなっていく。ピン受入部５４の最も狭い幅は、レゾルバ１２の周方向における位置決め精度を達成するために設定される幅である。

レゾルバステータコア４０は、薄板の複数の磁性鋼板５６を積層して形成されている。各磁性鋼板５６には、これらが積層されたときにピン受入部５４を形成するピン受入要素５８が設けられている。ピン受入要素５８は、具体的にはレゾルバステータコア４０の外周縁から切り込まれた切り欠きの態様を有する。切り欠きの形状は、図２に示すよう外周縁から径方向内側に延びるＵ字形とすることができる。また、ピン受入要素５８の態様は、切り欠き以外にも、穴とすることができる。

ピン受入部５４を、ノックピン５０を受け入れる際の入口側の幅が広く、ノックピン５０が挿入される方向に沿って狭くなっていく形状とする手法の例として、各磁性鋼板５６に形成されたピン受入要素５８の形状を、各磁性鋼板５６ごとに変える手法が挙げられる。具体的には、ピン受入要素５８の幅が大きい順に磁性鋼板５６を積層する。これにより、個々の磁性鋼板のピン受入要素５８の幅が、ノックピン５０が挿入される方向に沿って順に狭くなっていく。こうして形成されたピン受入部５４の幅は、台座３８側が大きく、レゾルバステータコア４０の厚さ方向に小さくなっていく。図３に示す例では、全ての磁性鋼板５６のピン受入要素５８の幅が異なっているが、同じ幅のピン受入要素５８を含んでいてもよい。例えば、ピン受入要素５８の幅が同じ磁性鋼板５６を２枚ずつ積層し、全体として幅が狭くなっていくようにしてよい。また、ノックピン５０を受け入れる際の入口側にピン受入要素５８の幅が異なる磁性鋼板５６を何枚か積層して、この範囲では順に狭くなるようにし、その後は、同じ幅のピン受入要素５８を有する磁性鋼板５６を積層するようにしてもよい。

ピン受入要素５８の態様が切り欠きの場合、各ピン受入要素５８について、レゾルバステータの周方向における切り欠きの寸法、つまり切り欠きの幅をノックピン５０を受け入れる側で広くし、ノックピン５０の挿入される方向に沿って狭くしていく。ピン受入要素５８が穴の場合、穴が円形であれば、穴の直径をノックピン５０の挿入される方向に沿って小さくしていく。穴が径方向に長い長穴の場合、長穴の長手方向に直交する方向の寸法をノックピン５０の挿入される方向に沿って小さくしていく。長手方向の寸法については、各ピン受入要素５８で同一とすることができる。

レゾルバステータ３６を組み付ける際には、組み付け対象部位に立設されたノックピン５０に、ピン受入部５４の幅の広い側が対向するようレゾルバステータ３６を位置させる。ピン受入部５４の幅が広いので、ノックピン５０を容易にピン受入部５４に受け入れることができる。レゾルバステータ３６を組み付け対象部位に向けて押す際、ノックピン５０がピン受入部５４の幅の狭い位置へと挿入され、このときレゾルバステータ３６がノックピン５０の位置に合うように回り、レゾルバステータ３６の周方向の位置決めが達成される。

ピン受入部５４の周方向の寸法をノックピン５０が挿入される方向に沿って狭くなっていくようにしたことで、レゾルバステータ３６を組み付ける際、初めはノックピン５０に対しておおよその位置合わせをすればよく、作業性が良好となる。また、レゾルバステータ３６を組み付け終わった時点では、ノックピン５０とピン受入部５４の周方向の隙間が小さくレゾルバステータ３６の周方向の位置決めに関し、高い精度を達成することができる。

１０ 回転電機、１２ レゾルバ、１４ 回転電機のロータ、１６ 回転電機のステータ、１８ ケース、３０ エンドカバー、３４ レゾルバロータ、３６ レゾルバステータ、３８ 台座、４０ レゾルバステータコア、４２ レゾルバコイル、４４ ヨーク部、４６ ティース、４８ コイルエンドカバー、５０ ノックピン、５２ ピン穴、５４ ピン受入部、５６ 磁性鋼板、５８ ピン受入要素。

Claims (1)

1. 複数枚の鋼板が積層されて形成された略円環形状のコアを有するレゾルバステータを有し、
   コアには、レゾルバステータを組み付ける対象部位に設けられレゾルバステータの周方向の位置決めを行うノックピンを受け入れるピン受入部が設けられ、
   ピン受入部は、積層される各鋼板に形成されたピン受入要素が積層されることにより形成され、レゾルバステータの周方向における各ピン受入要素の寸法が、ノックピンが挿入される方向に沿って順に狭くなる、
   レゾルバ。

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