JP2016070719A - レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバロータ外側検出面の、周方向の不均一な変形を抑制したレゾルバを得る。
【解決手段】外周に複数の突極部と中央部に回転軸に圧入固定される軸固定孔とを有し積層鋼板で形成されたレゾルバロータと、このレゾルバロータと同心でレゾルバロータを囲って設けられたレゾルバステータとによって構成され、レゾルバロータとレゾルバステータとの間のギァップパーミアンスの変化により回転軸の回転角度を検出するレゾルバにおいて、レゾルバロータには、突極部ごとに積層鋼板をかしめる積層カシメ部を設けると共に、軸固定孔の内周面には、レゾルバロータの圧入時に塑性変形する凸部を積層カシメ部に対応して設け、且つ対応する凸部と積層カシメ部とを、軸固定孔の同一径線上に配置したものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、回転軸に圧入されるレゾルバロータを有し、回転子の回転角度を検出するレゾルバに関するものである。

従来のモータでは、回転軸が、モータハウジング内に設けられたフロントベアリングとフレームの後端に設けられたリアベアリングとによって回転可能に保持されている。
回転軸のリアベアリング側には、磁界を発生させるマグネットが取り付けられており、回転子が構成されている。回転軸の反回転子側には、回転子の回転角度を検出するレゾルバのレゾルバロータが取り付けられている。レゾルバロータの外周には、レゾルバロータとの間のギャップパーミアンスをレゾルバロータと協同して変化させるレゾルバステータが固定されている。（例えば、特許文献１、２参照）

特許第５００２８５９号公報 特許第４９２６２０５号公報

特許文献１に開示された従来のレゾルバでは、レゾルバロータの回転軸固定孔に、少なくとも１つを除いた所定の前記突起部の周方向中央部に該孔に開口する位置決め凹部が設けられているため、レゾルバロータの回転軸への圧入の際、その位置決め凹部の有無で各突極部の外側検出面に現れる歪み寸法量に差が生じることが懸念される。また、突極部の周方向中央部に設ける位置決め凹部に対し、軸固定孔の内周縁部の圧入突出部を突極部間の谷部と一致する角度位置から周方向両側にそれぞれ突極部の１／４の範囲内の角度位置に設けることで、回転軸からの圧接力の反力が各圧入凸部を通じて周方向に略均等に作用させていた。

レゾルバロータを回転軸に圧入固定する際に、位置決め凹部でレゾルバロータの径方向の厚みが急激に減少し、また凹部は内径面側に開いているため剛性が低下する。これが対策として突極部頂点の歪み量を補正し、レゾルバロータの外側検出面の周方向の不均一な変形を抑制しているが、変形量自体を抑えることに限界があり、また、回転対称形状ではないため、外側検出面周方向の不均一な変形抑制にも限界があり、レゾルバステータで生成される回転角度信号において、その波形歪みの原因となるギャップパーミアンス誤差の次数成分が助長され検出精度に影響を及ぼすことがある。

特許文献２に開示された従来のレゾルバでは、レゾルバロータの内周面に、回転軸への圧入時に塑性変形する凸部が複数個設けられ、かつこの凸部は周方向に沿って切断したときの形状が円弧形状であり、更にレゾルバロータに対向して形成された孔の部位では、径方向の幅寸法が最大であり、前記孔の部位と、レゾルバロータの径方向の幅寸法が最小の部位では、他の部位と比較して隣接した凸部間の距離が大きく設定されたものである。
この発明は、特許文献１の問題点を解決すること、及び特許文献２に開示された、回転軸の圧入固定時に内周面に構成した凸部を局部的に塑性変形させることで変形量を抑制する効果を、更に向上させることを目的とするものである。

この発明に係わるレゾルバは、外周に複数の突極部と中央部に回転軸に圧入固定される軸固定孔とを有し積層鋼板で形成されたレゾルバロータと、このレゾルバロータと同心でレゾルバロータを囲って設けられたレゾルバステータとによって構成され、前記レゾルバロータと前記レゾルバステータとの間のギァップパーミアンスの変化により前記回転軸の回転角度を検出するレゾルバにおいて、前記レゾルバロータには、前記突極部ごとに前記積層鋼板をかしめる積層カシメ部を設けると共に、前記軸固定孔の内周面には、前記レゾルバロータの圧入時に塑性変形する凸部を前記積層カシメ部に対応して設け、且つ対応する前記凸部と前記積層カシメ部とを、前回転角度を検出するレゾルバにおいて、前記レゾルバロータには、前記突極部ごとに前記積層鋼板をかしめる積層カシメ部を設けると共に、前記軸固定孔の内周面には、前記レゾルバロータの圧入時に塑性変形する凸部を前記積層カシメ部に対応して設け、且つ対応する前記凸部と前記積層カシメ部とを、前記軸固定孔の同一径線上に配置したものである。

この発明に関わるレゾルバによれば、回転軸へ圧入する際に局部的に塑性変形しレゾルバロータの軸圧入部となる凸部の設置位置と、鋼板の積層カシメ部の設置位置とを軸固定孔の同一径線上に配置したことで鋼板同士の滑りを低減させ、また剛性が低下させることなく、レゾルバロータ外周面に現れる変形量を抑え、さらに軸固定孔の同一径線上に配置した凸部によって、回転軸への圧入時にレゾルバロータ外周面の歪みが凸部で吸収されるため、より一層レゾルバロータ外周面の変形を抑制できる効果があり、この変形の抑制効果により回転角度の検出精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態１、又は実施の形態２におけるブラシレスモータを示す断面図である。 この発明の実施の形態１におけるレゾルバのレゾルバロータを示す正面図である。 この発明の実施の形態２におけるレゾルバのレゾルバロータを示す正面図である。 図２又は図３に示したレゾルバロータの右側面図である。 図１に示したブラシレスモータにおけるレゾルバ本体部分を示す正面図である。 図５示したレゾルバ本体部分の右側面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
なお又、以下の実施の形態では、この発明のレゾルバを採用したブラシレスモータ（以下「モータ」と略称する）について説明する。

実施の形態１．
図１、図２、図４〜図６に基づいて実施の形態１におけるモータを説明する。
図１において、モータ１は、電動パワーステアリング装置に組み込まれたモータであり、鉄板を絞り加工した有底円筒状のフレーム２と、フレーム２の開口部を覆って固定されたアルミニウムからなるハウジング３とを有している。
ハウジング３の中央部に形成された窓部４には、外輪部がコーキングされて固定されたフロントベアリング５が取り付けられている。

また、フレーム２の底部には、凹状のベアリングボックス６が設けられており、ベアリングボックス６には、リアベアリング７が挿入されている。
フロントベアリング５及びリアベアリング７は、磁性体である鉄からなる回転軸８をそれぞれ回転自在に支持している。
回転軸８の一端部側には、磁界を発生させるマグネット９が取り付けられて回転子１０が構成されている。マグネット９の外周面には、マグネット９を保護する図示しない保護管が被せられている。

フレーム２の内周面には、回転子１０の外周を囲って固定子１１が取り付けられている。
固定子１１は、珪素鋼板を積層して形成された固定子鉄心１２と、樹脂製の絶縁体１３と、絶縁体１３に巻装されたモータコイル１４とを有している。モータコイル１４は、それぞれＹまたはΔ結線されており、モータコイル１４に３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電源が供給されることにより、回転磁界を発生する。
回転軸８のハウジング側他端部には、外部機構と接続される連結部８ａが形成されている。

回転軸８の回転角度を検出するレゾルバ１８は、珪素鋼板を積層して形成され回転軸８とともに回転するレゾルバロータ１５と、このレゾルバロータ１５と同心でレゾルバロータ１５を囲って設けられたレゾルバステータ２０とによって構成されている。
レゾルバ１８は、レゾルバロータ１５とレゾルバステータ２０と協同して両者間のギァップパーミアンスの変化により回転軸８の回転角度を検出する。
レゾルバロータ１５は、外周に径方向外側に突出する複数の突極部１５ｆと、中央部に回転軸８に圧入固定される軸固定孔（回転軸圧入孔）１５ｃとを有し、回転軸８に圧入固定されたフロントベアリング５に当接したブッシュ１６と、回転軸８の連結部８ａ側に圧入されたブッシュ１７との間に固定されている。

また、レゾルバロータ１５には、軸固定孔１５ｃと同一同心円上に、積層鋼板をかしめる積層カシメ部１５ｅと、組付け時の位置決用孔１５ｄとが、それぞれ突極部１５ｆ毎に配置され、同一構成としている。
また、レゾルバロータ１５の内周面１５ｃｃには、レゾルバロータ１５の圧入時に塑性変形して軸圧入部となる５箇所の凸部１５ａが、積層カシメ部１５ｅと対応して形成されている（積層カシメ部と凸部とは同数）。
そして、対応する積層カシメ部１５ｅの設置位置と凸部１５ａの設置位置とは、軸固定孔１５ｃの同一半径線上に配置されている。すなわち、積層カシメ部１５ｅと凸部１５ａとは、レゾルバロータ１５の端面において、軸固定孔１５ｃの軸心を中心とする同一角度の同一半径線上に配置されている。
また、突極部１５ｆ毎にそれぞれ配置された、積層カシメ部１５ｅと凸部１５ａと位置決用孔１５ｄとは、回転対称形状に配置されている。

上記構成のレゾルバによれば、レゾルバロータ１５の内周面１５ｃｃには、回転軸８へ圧入する際に局部的に塑性変形する凸部１５ａが形成されており、回転軸８への圧入時にレゾルバロータ外周面１５ｂの歪みは凸部１５ａで吸収されるため、より一層レゾルバロータ外周面１５ｂの変形を抑制する効果があり、この変形量の抑制効果により回転角度の検出精度を向上させ、変圧比を安定させることができる。
さらに、剛性が高く珪素鋼板同士を接合しているレゾルバロータ１５の積層カシメ部１５ｅの設置位置と、レゾルバロータ１５の軸圧入部となる凸部１５ａの設置位置とを軸固定孔１５ｃの同一半径線上に配置、且つ回転対称形状に構成し、回転軸８への圧入時に生じる力を積層カシメ部１５ｅで受けることにしたので、積層間に生じる変位を低減させ、レゾルバロータ外周面１５ｂに現れる変形は抑制される。
また、レゾルバロータ１５の内周面１５ｃｃには、塑性変形する凸部１５ａが５箇所形成されているので、レゾルバロータ１５を回転軸８に圧入する際には、凸部１５ａのみが局部的に塑性変形し、レゾルバロータ外周面１５ｂに現れる変形量を抑え、レゾルバロータ外周面１５ｂの変形を、より一層抑制することができる。

また、軸固定孔１５ｃと同一同心円上に、珪素鋼板の積層カシメ部１５ｅと組付け時の位置決用孔１５ｄを配置したことにより、径方向の幅寸法に余裕ができ、レゾルバ１８の小型化又は、より高出力のモータの場合のレゾルバロータ（圧入部径が大きな回転軸）でも、同一プレス金型で回転軸圧入部（軸固定孔１５ｃ）の金型のみ変更することで、製造することが可能であり、レゾルバロータ外周面１５ｂの形状を変えないため、同一のレゾルバ本体１８Ａを共用することができる。
このように、レゾルバロータ外周面１５ｂの形状を同一にすれば同一金型で軸圧入部型のみの変更で製作可能、レゾルバ本体１８Ａも共用可能となる。

図５、図６において、レゾルバロータ１５の外周には、レゾルバステータ２０を有するレゾルバ本体１８Ａが取り付けられ、レゾルバ本体１８Ａの内部には、レゾルバ本体１８Ａの信号線接続用のオス端子２１を有している。
また、レゾルバステータ２０は、ハウジング３に設けたレゾルバステータ取付部１９に取り付けられ、珪素鋼板を積層し周方向に等しい間隔をおいて形成された複数のティース２２を有する積層体２３と、絶縁体２４を介してティース２２に巻装された１相の励磁巻線２５と２相の出力巻線２６とを有している。積層体２３は、両側に突出した耳部４０を有しており、レゾルバ本体１８Ａはこの耳部４０でねじ（図示せず）を用いてハウジング３に固定されている。
ここで、レゾルバロータ外周面５ｂの形状は、レゾルバステータ２０と協同して、レゾルバステータ２０との間のギャップパーミアンスを周期的に変化させるように形成されており、レゾルバロータ１５とレゾルバ本体１８Ａとで回転子１０の回転角度に応じて信号を出力するレゾルバが構成されている。

１相の励磁巻線２５は、隣接するそれぞれのティース２２に連続的に巻装されている。２相の出力巻線２６のうち、第１の出力巻線２６ａは、隣接するそれぞれのティース２２に連続的に、かつティース２２の中心線に対して励磁巻線２５の径方向外側に巻装されている。また、第２の出力巻線２６ｂは、隣接するそれぞれのティース２２に連続的に、かつティース２２の中心線に対して第１の出力巻線２６ａの径方向外側に巻装されている。

モータコイル１４に接続されて電力を供給するモータリード線２７は、図１に示すようにグロメット３０を通じて外部から導入される。また、メス側コネクタ２８を介してオス端子２１に接続され、回転子１０の回転角度に関する信号を外部に伝送するセンサリード線（図示せず）とは、ハウジング３に設けられたグロメット（図示せず）を通じて外部に導出される。

次に、上記構成のモータ１についての動作を説明する。
励磁巻線２５には、図示しない検出用電源から、１０ｋＨｚ、５Ｖｐｐの正弦波状の励磁電圧が印加される。励磁巻線２５に励磁電圧が印加されることにより、励磁巻線２５に励磁電流が流れ、レゾルバロータ１５とレゾルバステータ２０との空隙部分に磁束が発生する。
また、モータリード線２７からモータコイル１４に電力が供給され、モータコイル１４に３相交流電圧が印加される。モータコイル１４に３相交流電圧が印加されることにより、モータコイル１４に回転磁界が発生し、回転子１０が回転する。

回転子１０が回転することにより、回転軸８を介して互いに接続されたレゾルバロータ１５が回転し、レゾルバロータ１５とレゾルバステータ２０との間のギャップパーミアンスが変化する。ギャップパーミアンスの変化により、第１の出力巻線２６ａと第２の出力巻線２６ｂとの出力電圧波形には、位相差が生じるため、回転角度の検出が可能になる。
第１の出力巻線２６ａ及び第２の出力巻線２６ｂの出力電圧は、センサリード線を経由して伝送されて図示しない演算部に入力され、回転子１０の回転角度が検出される。

実施の形態２．
レゾルバロータ以外の構成は、実施の形態１と同じである。
実施形態２のレゾルバロータ１５は、図３及び図４に示すように、軸固定孔１５ｃと同一同心円上に、２箇所の積層カシメ部１５ｅと、両積層カシメ部１５ｅ間に、組付の際位置決めを行う位置決用孔１５ｄとを、径方向外側に突出する複数ある突極部１５ｆ毎にそれぞれ配置し同一の構成としている。
そして、レゾルバロータ１５の内周面１５ｃｃには、回転軸圧入部となる凸部１５ａが１０箇所設けられており、対応する積層カシメ部１５ｅの設置位置と、凸部１５ａの設置位置とは、軸固定孔１５ｃの同一半径線上に配置されている。すなわち、積層カシメ部１５ｅと凸部１５ａとは、レゾルバロータ１５の端面において、軸固定孔１５ｃの軸心を中心とする同一角度の同一半径線上に配置されている。
また、突極部１５ｆ毎にそれぞれ配置された、積層カシメ部１５ｅと凸部１５ａと位置決用孔１５ｄとは、回転対称形状に配置されている。
このように構成にしたことにより、回転軸８への圧入時に生じる力を積層カシメ部１５ｅで受けることにより、積層間に生じる変位を低減させ、レゾルバロータ外周面１５ｂに現れる変形は抑制される。
また、実施の形態２では、レゾルバロータ１５の外径部におる突極部１５ｆの中央部に位置する位置決用孔１５ｄ対し、両サイドに積層カシメ部１５ｅを構成したので、実施の形態１のレゾルバロータ１５に比し、より剛性を向上させることができる。

以下、実施の形態１及び実施の形態２におけるレゾルバの、その他の構成について説明する。
レゾルバロータ１５の積層鋼板は、互いに隣り合う突極部１５ｆ間の角度分ずらせて回転積層されている。このようにレゾルバロータ１５を回転積層により構成することで、材料のスリット位置により、板厚に偏差が生じる場合でも積層厚みが平均化され、回転軸圧入時の全体の歪み偏差を抑えることができる。また、回転対象形状にすることで、突極部毎に位置決用孔１５ｄを設けているので、組付け時の回転位置合わせが、少ない回転角度で可能になり工作性が向上する。
また、レゾルバロータ１５の複数の突極部１５ｆ毎に、積層カシメ部１５ｅ、位置決用孔１５ｄ、圧入部となる凸部１５ａを構成しており、これらの部位が回転対称形状となるように構成したことにより、全体の歪み偏差がより抑制されている。

また、レゾルバロータ１５の材料硬度は、回転軸８よりも低い硬度にしている。
このように構成することで、レゾルバロータ１５に対して、回転軸８の材料硬度が高い（回転軸とレゾルバロータに硬度差がある）ことにより、圧入時にレゾルバロータの凸部１５ａのみが塑性変形するように圧入することが可能となり、凸部１５ａのみが局部的に変形するので、回転軸８とのカジリを抑えることで、レゾルバロータの径方向外側に突出する複数の突極部１５ｆの変形、すなわちレゾルバロータ外周面１５ｂの変形を抑制することができる。

実施の形態１及び実施の形態２におけるレゾルバ１８は、レゾルバロータ１５を、電動パワーステアリング装置に組み込まれたブラシレスモータの回転軸端部に圧入固定することによってブラシレスモータに装備できる。この場合、部品点数や組立工数を増やすことなく、回転角度の検出精度及び変圧比が安定した電動パワーステアリング装置が得られる。

なお、上記実施の形態１、２では、回転電機が３相ブラシレスモータ１である場合を例にして説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、直流モータ、交流モータを問わず、種々のモータに用いることができ、同様の効果を奏することができる。また、回転電機は、モータに限られるものではなく、発電機であってもよい。
なおまた、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：モータ（回転電機）、 ５：フロントベアリング、 ７：リアベアリング、
８：回転軸、 ８ａ：外部機構との連結部、 １０：回転子、 １１：固定子、
１５：レゾルバロータ、 １５ａ：凸部（回転軸圧入部）、
１５ｂ：レゾルバロータ外周面、 １５ｃ：軸固定孔、
１５ｃｃ：レゾルバロータ１５の内周面（軸固定孔）、
１５ｄ：位置決用孔、 １５ｅ：レゾルバロータ１５の積層カシメ部、
１５ｆ：レゾルバロータ１５の突極部、 １８：レゾルバ、
１８Ａ：レゾルバ本体、 １９：レゾルバステータ取付部、
２０：レゾルバステータ、 ２５：励磁巻線、 ２６：出力巻線、
２６ａ：第１の出力巻線、 ２６ｂ：第２の出力巻線。

Claims (5)

1. 外周に複数の突極部と中央部に回転軸に圧入固定される軸固定孔とを有し積層鋼板で形成されたレゾルバロータと、このレゾルバロータと同心でレゾルバロータを囲って設けられたレゾルバステータとによって構成され、前記レゾルバロータと前記レゾルバステータとの間のギァップパーミアンスの変化により前記回転軸の回転角度を検出するレゾルバにおいて、
   前記レゾルバロータには、前記突極部ごとに前記積層鋼板をかしめる積層カシメ部を設けると共に、前記軸固定孔の内周面には、前記レゾルバロータの圧入時に塑性変形する凸部を前記積層カシメ部に対応して設け、且つ対応する前記凸部と前記積層カシメ部とを、前記軸固定孔の同一径線上に配置したことを特徴とするレゾルバ。
2. 前記レゾルバロータには、前記軸固定孔と同心の円周上に、位置決め用孔と前記積層カシメ部とを前記突極部ごとに配置すると共に、前記軸固定孔の内周面には、前記積層カシメ部と同数の前記凸部を設け、前記突極部ごとの前記凸部、前記位置決め用孔及び前記積層カシメ部を、回転対称に配置したことを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ。
3. 前記積層鋼板は、互いに隣り合う前記突極部間の角度分ずらせて回転積層したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレゾルバ。
4. 前記レゾルバロータの材料硬度は、前記回転軸よりも低硬度にしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレゾルバ。
5. 前記レゾルバロータは、電動パワーステアリング装置に組み込まれたブラシレスモータの回転軸に圧入固定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレゾルバ。