JP2017116429A - レゾルバロータの固定構造 - Google Patents

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俊彦 山田
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Abstract

【課題】回転軸に対して筒状部材を介して固定されるレゾルバロータの検出面の位置設定が簡易かつ確実となるレゾルバロータの固定構造を提供する。
【解決手段】回転軸14と、回転軸14の径方向外側に設けられるレゾルバロータ31と、回転軸14とレゾルバロータ31との間に設けられる筒状部材50とを備え、筒状部材50は、回転軸14の外周面に当接する第1当接部51と、レゾルバロータ31の内周面に当接する第2当接部52とを有し、第1当接部51および第2当接部52は、回転軸14の長手方向において互いに異なる位置に設けられる。
【選択図】図5

Description

回転軸に対してレゾルバロータを他の筒状部材を介して挿入固定するレゾルバロータ固定構造に関する。
レゾルバは、外周面に回転角度検出用の検出面を有するレゾルバロータを回転軸に挿入固定して構成される。特許文献1に記載の技術では、レゾルバロータは鋼板を積層して形成される。積層鋼板のうち軸方向の一端に設けられた1枚の端部鋼板の内周面、または、積層鋼板のうち軸方向の両端に設けられた2枚の端部鋼板の内周面には爪部が設けられている。また、爪部が設けられた端部鋼板の内縁部には、爪部の周方向両側に径方向に凹む凹部が形成されている。レゾルバロータは、端部鋼板に設けられた爪部のみで回転軸の外周面に圧入固定され、積層鋼板の軸方向中間部に設けられた中間部鋼板の内周面は回転軸の外周面には当接しない。
回転軸にレゾルバロータを挿入固定する際に、回転軸に対して軸方向の圧入長さが長い場合等では、レゾレバロータを回転軸に圧入し難いことがある。このような場合には、回転軸に対して筒状部材を介してレゾルバロータを固定する。特許文献2には、回転軸に筒状のカラー部材を介してレゾルバロータを固定する構成が開示されている。筒状部材の外周側にレゾルバロータを装着した後、筒状部材を回転軸に圧入することができ、回転軸に対するレゾルバロータの組付け性が向上する。
特開2012−93101号公報 特開2010−25700号公報
レゾルバロータが外面に固定された筒状部材を回転軸に固定する場合には、筒状部材は回転軸に圧入される際に拡径して変形する。このため、筒状部材の変形量を考慮してレゾルバロータの位置設定を行う必要がある。
上記実情に鑑み、回転軸に対して筒状部材を介して固定されるレゾルバロータの検出面の位置設定が簡易かつ確実となるレゾルバロータの固定構造が望まれている。
本発明に係るレゾルバロータの固定構造の特徴構成は、回転軸と、前記回転軸の径方向外側に設けられるレゾルバロータと、前記回転軸と前記レゾルバロータとの間に設けられる筒状部材とを備え、前記筒状部材は、前記回転軸の外周面に当接する第1当接部と、前記レゾルバロータの内周面に当接する第2当接部とを有し、前記第1当接部および前記第2当接部は、前記回転軸の長手方向において互いに異なる位置に設けられる点にある。
本構成の如く、筒状部材に設けた部位のうち、回転軸に当接する第1当接部と、レゾルバロータに当接する第2当接部とを、回転軸の長手方向において互いに異なる位置に設けることで、筒状部材を回転軸に圧入することによる筒状部材の変形量と、レゾルバロータを筒状部材に圧入することによるレゾルバロータの変形量とを別に考慮することができる。
仮に、第1当接部と第2当接部とが回転軸の長手方向において同じ位置にある場合、回転軸に対する筒状部材の拡径変形量を考慮して、レゾルバロータの内径を決定する必要がある。しかし、筒状部材の拡径変形量は、回転軸および筒状部材の仕上がり寸法等に応じて変化するから、筒状部材に対するレゾルバロータの圧入強さに影響することとなる。その結果、例えばレゾルバロータの圧入強さが緩くなると、レゾルバロータが回転軸に対して相対回転する等の不都合が生じる。
しかし、本構成であれば、筒状部材が回転軸に圧入される際に、筒状部材の第1当接部が拡径した場合でも、レゾルバロータが当接する第2当接部での拡径量は少なくなる。よって、筒状部材に対するレゾルバロータの圧入強さが安定的なものとなり、レゾルバロータを筒状部材に対して確実に固定することができる。
このように、レゾルバロータと回転軸との間に別部材としての筒状部材を介入しなければならない場合であっても、レゾルバロータの確実な固定が可能となった。
本発明の他の特徴構成は、前記筒状部材は、前記レゾルバロータの端部が当接する位置決め部を備える点にある。
本構成であれば、筒状部材に対するレゾルバロータの圧入操作が容易となる。また、位置決め部にレゾルバロータを当接させるまで押し込むことで筒状部材に対するレゾルバロータの固定姿勢も安定的なものとなる。
本発明の他の特徴構成は、前記筒状部材は、前記第2当接部の径方向内側に対応する位置に前記回転軸から離間する離間部を備え、前記第1当接部と前記離間部との間を接続するテーパ部をさらに備え、前記回転軸の軸芯方向に直交する方向視において、前記離間部と前記テーパ部との境界位置における部分がアール状をなす点にある。
本構成のように、筒状部材が、レゾルバロータの内周面に当接する第2当接部の径方向内側に対応する位置に回転軸から離間する離間部を備える場合、離間部は回転軸の側にある程度縮径する。つまり、回転軸の軸芯方向に直交する方向視において、離間部は、テーパ部との境界位置において回転軸の側に曲げ変形を受けることとなる。その結果、筒状部材の内周面のうち離間部とテーパ部との境界位置において圧縮応力が発生する。そこで本構成のごとく当該境界位置における部分がアール状をなすことで、このような圧縮応力の集中を回避し、筒状部材の強度を向上させている。これにより、筒状部材に対するレゾルバロータの圧入強さを高めることができ、レゾルバロータの固定をより確実なものにすることができる。
本発明の他の特徴構成は、前記レゾルバロータは複数のうちの1つであり、前記回転軸の長手方向に沿った前記筒状部材の一端側に第1レゾルバロータが設けられ、前記筒状部材の他端側に第2レゾルバロータが設けられる点にある。
本構成のように、レゾルバロータを二つ設けることで、回転軸の回転角度をより正確に測定することができる。また、筒状部材の両端部に夫々レゾルバロータを設けることで、筒状部材の軸芯方向に沿った中央位置で筒状部材が回転軸に固定される。よって、回転軸に対する筒状部材の押圧状態が安定かつ強固なものとなり、二つのレゾルバロータをより確実に固定することができる。
本発明の他の特徴構成は、前記第1レゾルバロータおよび前記第2レゾルバロータが、前記筒状部材に対して前記回転軸の周方向に沿って断続的に当接する爪部を備えて互いに同じ形状に構成され、前記第1レゾルバロータの前記爪部と前記第2レゾルバロータの前記爪部とが、前記回転軸の長手方向に沿う方向視で、前記回転軸の周方向に沿って異なる位置となるように前記第1レゾルバロータと前記第2レゾルバロータとは配置される点にある。
本構成の場合、第1レゾルバロータの爪部と第2レゾルバロータの爪部とが回転軸の周方向に沿って異なる位置に配置され、各レゾルバロータの爪部によって圧縮変形を受ける筒状部材の部位が、筒状部材の夫々の端部において異なる位相に配置される。この結果、筒状部材のうち、第1レゾルバロータの爪部によって圧縮される部位と、第2レゾルバロータの爪部によって圧縮される部位とを最も遠くに離間させることができる。つまり、筒状部材において、二つのレゾルバロータの爪部による押圧力が重畳的に加わる領域が小さくなる。この結果、筒状部材において局部的に過度な応力が生じることが防止でき、レゾルバロータの固定状態をより安定化することができる。
モータの全体構成図である。 圧入前の筒状部材とシャフトとを示す斜視図である。 レゾルバロータの平面図である。 レゾルバロータの固定構造を示す斜視図である。 レゾルバロータの固定構造を示す断面図である。 筒状部材の要部拡大図である。 第2実施形態のモータの全体構成図である。 レゾルバロータの固定構造を示す斜視図である。 レゾルバロータの固定構造を示す断面図である。 レゾルバロータの固定構造を示す部分断面図である。 別形態の筒状部材を示す断面図である。 別実施形態のレゾルバロータの固定構造を示す平断面図である。 別形態の筒状部材を示す断面図である。 別形態の筒状部材を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
図1〜図5に、本発明に係るレゾルバロータの固定構造の実施の形態の一例を示す。図1に示す回転電機10は例えば自動車用モータとして用いられる。回転電機10のケース11は、フレーム12とブラケット13とを備えている。回転電機10の出力軸であるシャフト14(回転軸の一例)は、一端側がブラケット13の内周側に固定された軸受15に保持され、他端側がケース11の外側に配設される軸受16に保持されている。
シャフト14には、モータロータ21が固着されている。フレーム12の内周側には、モータステータ23がモータロータ21の外周を囲むように夫々固定されている。モータステータ23には、励磁コイル23aが巻装されている。モータロータ21周方向に永久磁石21aが配設されている。励磁コイル23aに交流電流を供給すると、モータステータ23に回転磁界が生成され、この回転磁界の影響を受けてモータロータ21が回転する。
シャフト14の径方向外側にレゾルバロータ31が設けられ、シャフト14とレゾルバロータ31との間に筒状部材50が設けられている。レゾルバロータ31の外周側にはレゾルバステータ33が配設されている。レゾルバステータ33はケース11の内周側に別途設けられる台座(不図示)等に固定される。レゾルバステータ33には、励磁コイル及び検出用コイル(不図示)が夫々巻装されている。この励磁コイルに励磁し、検出用コイルから出力信号を得ることでレゾルバロータ31の回転角度が検出される。レゾルバロータ31はモータロータ21と同期して回転する。このため、レゾルバロータ31によってモータロータ21の回転角度を検出することができる。
図2及び図4に示すように、シャフト14とレゾルバロータ31との間に設けられる筒状部材50を備え、レゾルバロータ31は筒状部材50の一端側から圧入されて所定の位置に固定される。レゾルバロータ31は、複数枚の同形状の鋼板を積層して構成されており、中央部に筒状部材50に挿入される孔部35を有する(図3)。筒状部材50は、内面にシャフト14の外周面に圧入されて当接する第1当接部51と、外面にレゾルバロータ31の内周面と当接する第2当接部52とを有する。筒状部材50は、第2当接部52の径方向内側に対応する位置に、第1当接部51の内径よりも大きな内径を有してシャフト14から離間する離間部53が設けられている。レゾルバロータ31を構成する鋼板の各々には位置合わせ用のダボ37が複数設けられている。
図3に示すように、レゾルバロータ31の外周面31aには、緩やかな曲線で形成された山部38及び谷部39が45度の位相差で交互に設けられている。山部38は径方向外方に向けて徐々に突出する形状であり、谷部39は径方向内方に徐々に後退する形状である。レゾルバロータ31の外周面31aは、レゾルバステータ33に対向し、回転角度検出用の外側検出面を構成する。
レゾルバロータ31は、シャフト14に対してシャフト14の周方向に沿って断続的に当接する複数の爪部43(図3では4つ)を備えている。爪部43は周方向の両側に径方向外方に窪んだ凹部44を有する。爪部43は、谷部39の径方向内側に対応する位置に設けられ、円弧状に形成されている。
図3に示すように、レゾルバロータ31の内周縁において、周方向に沿って延びる爪部43の長さが、周方向に沿って延び、且つ隣接する爪部43の間である凹部44の長さよりも短く設定されている。すなわち、爪部43が周方向に占有する角度αが、爪部43に隣接する凹部44が周方向に占有する角度γよりも小さい。
こうすると、複数のレゾルバロータ31,32をシャフト14に取り付ける際に、双方のレゾルバロータ31,32の爪部43どうしを周方向に沿って異なる位相にすることができる。特に、周方向に沿って延びる爪部43の長さが、周方向に沿って延びる凹部44の周方向の長さよりも短いほど、シャフト14の長手方向に沿って隣接するレゾルバロータ31,32の爪部43どうしの位相を異なるものにする、相対位相の設定範囲が広くなる。
図2及び図4に示すように、レゾルバロータ31は、爪部43が筒状部材50の外周面に圧入されて筒状部材50に固定される。一方、爪部43以外の凹部44は筒状部材50の外周面に圧入されず、内周面45と筒状部材50の外周面との間に空隙が形成される。
図2,図4及び図5に示すように、シャフト14に対して、レゾルバロータ31と一体となった筒状部材50を圧入して固定する。このとき、シャフト14の外周面に当接する第1当接部51と、レゾルバロータ31の爪部43(内周面)に当接する第2当接部52とが、シャフト14の長手方向において異なる位置となる。
本構成によれば、筒状部材50がシャフト14に圧入される際に、筒状部材50の第1当接部51が拡径した場合でも、レゾルバロータ31が当接する第2当接部52での拡径量は少なくなる。よって、筒状部材50に対するレゾルバロータ31の圧入程度が安定的なものとなり、レゾルバロータ31を筒状部材50に対して確実に固定することができる。
本実施形態では、筒状部材50の内面のうち、第1当接部51がシャフト14に当接し、第1当接部51以外の部位である離間部53はシャフト14に当接しない。すなわち、シャフト14に直交する方向視において第1当接部51と第2当接部52とは全く重複しない状態に設定されている。こうすると、筒状部材50において、第1当接部51の外周側の拡径の影響が第2当接部52に固定されるレゾルバロータ31により及び難くなる。
ここで、筒状部材50において、第1当接部51と第2当接部52とがシャフト14の長手方向において互いに異なる位置は、シャフト14に直交する方向視において第1当接部51及び第2当接部52の一部が重複する位置を含む。
図6に示すように、筒状部材50は、内周面にシャフト14の長手方向において第1当接部51と離間部53との間を接続するテーパ部54をさらに備える。シャフト14の軸芯方向に直交する方向視において、離間部53とテーパ部54との境界位置における部分55がアール状をなすよう構成されている。
筒状部材50のうちレゾルバロータ31に当接する第2当接部52の径方向内側がシャフト14から離間している場合、離間部53はシャフト14の側にある程度縮径する。つまり、シャフト14の軸芯方向に直交する方向視において、離間部53は、テーパ部54との境界位置においてシャフト14の側に曲げ変形を受けることとなる。その結果、筒状部材50の内周面のうち離間部53とテーパ部54との境界位置において圧縮応力が発生する。そこで、境界位置における部分55をアール状にして、このような圧縮応力の集中を回避し、筒状部材50の強度を向上させている。
〔第2実施形態〕
図7〜図10に第2実施形態を示す。本実施形態では、図7に示すように、シャフト14には、2つのモータロータ21,22がスペーサ17を介して固着されている。スペーサ17は、シャフト14に当接する筒部17aとフランジ部17bとによって構成されている。フレーム12の内周側には、モータステータ23、24がモータロータ21,22の外周を囲むように夫々固定されている。モータステータ23,24には、励磁コイル23a,24aが夫々巻装されている。モータロータ21,22には周方向に永久磁石21a,22aが夫々配設されている。
シャフト14には、複数のレゾルバロータ31,32(本実施形態では二つ)がモータロータ21と軸受16との間に筒状部材50を介して固定されている。レゾルバロータ31,32の外周側にはレゾルバステータ33,34が配設されている。レゾルバステータ33,34はケース11の内周側に別途設けられる台座(不図示)等に固定される。レゾルバステータ33,34には、励磁コイル及び検出用コイル(不図示)が夫々巻装されている。
レゾルバロータ31,32のうち、シャフト14の長手方向に沿った筒状部材50の一端側に第1レゾルバロータ31が設けられ、筒状部材50の他端側に第2レゾルバロータ32が設けられている。レゾルバロータ31,32は筒状部材50の両端から夫々圧入されて所定の位置に固定される。第1レゾルバロータ31と第2レゾルバロータ32とは、いずれも図3に示す形状であり同形である。
筒状部材50は、内周面にシャフト14の外周面に圧入されて当接する第1当接部51と、外周面にレゾルバロータ31、32の内周面と当接する第2当接部52とを有する。第1当接部51は筒状部材50の内面において軸芯方向の中央寄りに配置され、第2当接部52は筒状部材50の外面において軸芯方向の両端側に配置されている。
シャフト14に二つのレゾルバロータ31、32を設けることで、シャフト14の回転角度をより正確に測定することができる。また、筒状部材50の両端部に夫々レゾルバロータ31,32を設けることで、筒状部材50の軸芯方向に沿った中央位置で筒状部材50がシャフト14に固定される。これにより、シャフト14に対する筒状部材50の押圧状態が安定かつ強固なものとなり、二つのレゾルバロータ31,32をより確実に固定することができる。
筒状部材50に対し、第1レゾルバロータ31の爪部43と第2レゾルバロータ32の爪部43とが、シャフト14の長手方向に沿う方向視で、シャフトの周方向に沿って異なる位置となるように第1レゾルバロータ31と第2レゾルバロータ32とは配置される。本実施形態では、第1レゾルバロータ31と第2レゾルバロータ32とで爪部43の位相が45度ずれている。
こうすると、筒状部材50のうち、第1レゾルバロータ31の爪部43によって圧縮される部位と、第2レゾルバロータ32の爪部43によって圧縮される部位とを最も遠くに離間させることができる。つまり、筒状部材50において、二つのレゾルバロータ31,32の爪部43による押圧力が重畳的に加わる領域が小さくなる。この結果、筒状部材50において局部的に過度な応力が生じることが防止でき、レゾルバロータ31,32の固定状態をより安定化することができる。
レゾルバロータ31,32の外周面31a,32aは、レゾルバステータ33,34に対向し、回転角度検出用の外側検出面を構成する。第1レゾルバロータ31と第2レゾルバロータ32とは、爪部43の位相に起因して外周側の山部38及び谷部39の位相も45度ずれている。これにより、第1レゾルバロータ31及び第2レゾルバロータ32によって測定される回転角度の周期がずれる。その結果、出力値の変位幅が大きくなり過ぎず、適正な範囲に収めることができるため、回転角度の検出精度を高めることができる。
レゾルバロータ31,32は、爪部43が筒状部材50の外周面に圧入されて筒状部材50に挿入固定される。一方、山部38の内側の凹部44は筒状部材50の外周面に圧入されず、凹部44と筒状部材50の外周面との間に空隙が形成される。
図9及び図10に示すように、筒状部材50は、外周面にレゾルバロータ31,32の端部が当接する位置決め部56を備える。位置決め部56は、筒状部材50の外周面において軸芯方向の中央寄りに設けられた大径部56によって構成されている。レゾルバロータ31,32は、筒状部材50の両端側から圧入されて夫々の端部が大径部56の端面56a,56bに当接して位置保持される。これにより、筒状部材50に対するレゾルバロータの圧入操作が容易となる。また、位置決め部56の端面56a,56bにレゾルバロータ31,32が当接することで筒状部材50に対するレゾルバロータ31,32の固定姿勢も安定的なものとなる。
〔他の実施形態〕
(1)大径部56は第1実施形態の筒状部材50にレゾルバロータ31の位置決め部として設けてもよい。図11に示すように、レゾルバロータ31,32の位置決め部は、筒状部材50の外周面に凹凸部57を設けて構成してもよい。凹凸部57はレゾルバロータ31,32の爪部43との間の摩擦力を高めるために形成される。凹凸部57は、筒状部材50の外周面のうち全周に亘って設けてもよいし、周方向においてレゾルバロータ31,32の爪部43の位置に対応する位置に分散して設けても良い。
(2)上記の実施形態では、筒状部材50は内周面が全周に亘ってシャフト14に圧入する構成を示したが、図12に示すように、筒状部材50の内周面61に、レゾルバロータ31の爪部43と同じく、シャフト14に対して周方向に断続的に当接する爪部63を備えてもよい。爪部63は径方向の両側に凹部62を有する。図12では、シャフト14の径方向においてレゾルバロータ31の爪部43と筒状部材50の爪部63とは、異なる位置、すなわち重複しない位置に配置されている。こうすると、筒状部材50において、第1当接部51(爪部63)とレゾルバロータ31の爪部43が当接する第2当接部52とがシャフト14の長手方向において同じ位置であっても、筒状部材50の拡径がレゾルバロータ31に影響し難くなる。
(3)図13に示すように、1つのレゾルバロータ31を外周に備える筒状部材50では、シャフト14の長手方向において第2当接部52が挟まれる位置に第1当接部51を設けてもよい。また、図14に示すように、2つのレゾルバロータ31,32を外周に備える筒状部材50では、シャフト14の長手方向において2つの第2当接部52が挟まれる位置に第1当接部51を設けてもよい。このようにすると、第2当接部52は第1当接部51によって両側の部位が支持されるため、第2当接部52に当接されるレゾルバロータ31,32の姿勢が安定する。また、筒状部材50の第2当接部52がレゾルバロータ31,32からの押圧力を受けて縮径したとしても、第1当接部51に対応する外周面は縮径されない。つまり、筒状部材50において第2当接部52の外径よりも第2当接部52の両側の部位の外径が大きいので、レゾルバロータ31,32は、筒状部材50においてシャフト14の長手方向の位置が安定する。
本発明は、回転軸にレゾルバロータを挿入固定する際に他の筒状部材を介して取付ける構造のものに広く用いることができる。
10 :回転電機
14 :シャフト(回転軸)
21,22 :モータロータ
23,24 :モータステータ
31,32 :レゾルバロータ
33,34 :レゾルバステータ
43 :爪部
44 :凹部
50 :筒状部材
51 :第1当接部
52 :第2当接部
53 :離間部
54 :テーパ部
55 :境界位置の部分
56 :大径部(位置決め部)
56a,56b :端面(位置決め部)
57 :凹凸部(位置決め部)
63 :爪部

Claims (5)

  1. 回転軸と、
    前記回転軸の径方向外側に設けられるレゾルバロータと、
    前記回転軸と前記レゾルバロータとの間に設けられる筒状部材とを備え、
    前記筒状部材は、前記回転軸の外周面に当接する第1当接部と、前記レゾルバロータの内周面に当接する第2当接部とを有し、
    前記第1当接部および前記第2当接部は、前記回転軸の長手方向において互いに異なる位置に設けられるレゾルバロータの固定構造。
  2. 前記筒状部材は、前記レゾルバロータの端部が当接する位置決め部を備える請求項1に記載のレゾルバロータの固定構造。
  3. 前記筒状部材は、前記第2当接部の径方向内側に対応する位置に前記回転軸から離間する離間部を備え、
    前記第1当接部と前記離間部との間を接続するテーパ部をさらに備え、
    前記回転軸の軸芯方向に直交する方向視において、前記離間部と前記テーパ部との境界位置における部分がアール状をなす請求項1または2に記載のレゾルバロータの固定構造。
  4. 前記レゾルバロータは複数のうちの1つであり、前記回転軸の長手方向に沿った前記筒状部材の一端側に第1レゾルバロータが設けられ、前記筒状部材の他端側に第2レゾルバロータが設けられる請求項1から3の何れか一項に記載のレゾルバロータの固定構造。
  5. 前記第1レゾルバロータおよび前記第2レゾルバロータが、前記筒状部材に対して前記回転軸の周方向に沿って断続的に当接する爪部を備えて互いに同じ形状に構成され、
    前記第1レゾルバロータの前記爪部と前記第2レゾルバロータの前記爪部とが、前記回転軸の長手方向に沿う方向視で、前記回転軸の周方向に沿って異なる位置となるように前記第1レゾルバロータと前記第2レゾルバロータとは配置される請求項4に記載のレゾルバロータの固定構造。
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