JP2017158395A - 回転電機のロータ構造、回転電機及びロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸からレゾルバロータが抜けることを防止し、レゾルバの検知精度を高くすることができる回転電機のロータ構造、回転電機及びロータの製造方法を提供する。
【解決手段】電磁鋼管により形成したレゾルバロータ５６を、回転軸２２に形成されるレゾルバ圧入部４２に圧入する。すると、レゾルバ圧入部４２の外周面４２ａとレゾルバロータ５６の内周面５６ｅとが互いに接触しつつ押圧した状態で、レゾルバロータ５６がレゾルバ圧入部４２に固定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、レゾルバを構成するレゾルバロータがロータの回転軸に固定される回転電機のロータ構造、回転電機及びロータの製造方法に関する。

モータ等の回転電機の回転位置を検出するためにはレゾルバ等の回転角度センサが用いられる。レゾルバは、回転電機の回転軸に固定されるレゾルバロータと、回転電機のケースに固定されるレゾルバステータとを備える。例えば、特許文献１は、少ない部品点数で回転軸にレゾルバロータを固定する構造を示す。特許文献１に係る構造においては、レゾルバロータの固定に樹脂が用いられる。この構造によれば圧入リングが不要となるため、部品点数の増加を抑制することができる。

特開２００６−１５８００５号公報

一般にレゾルバロータは複数の電磁鋼板が積層された積層体である。この積層体において、各電磁鋼板の大きさにばらつきが生じると、レゾルバロータの内周面、すなわち回転軸に対する接触面の表面が粗くなる。すると、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面との接触面積が小さくなり、レゾルバロータが回転軸から抜けやすくなる。回転軸からレゾルバロータが抜けることを防止するために、例えば特許文献１のように樹脂等によりレゾルバロータを回転軸に固定するとなるとコストが上昇する。また、レゾルバロータが薄板状の電磁鋼板は磁束密度が低い。このため、レゾルバの検知精度が低いという問題もある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、回転軸からレゾルバロータが抜けることを防止し、レゾルバの検知精度を高くすることができる回転電機のロータ構造、回転電機及びロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、レゾルバを構成するレゾルバロータがロータの回転軸に固定される回転電機のロータ構造であって、前記レゾルバロータは電磁鋼の管状部材からなり、前記回転軸の外周面と前記レゾルバロータの内周面とが互いに接触しつつ押圧した状態で、前記レゾルバロータが前記回転軸に固定されることを特徴とする。

本発明によれば、レゾルバロータが電磁鋼の管状部材（電磁鋼管）により構成される。電磁鋼管の内周面は滑らかであるため、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面との接触面積が大きくなる。更に、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面とが互いに押圧する。このため、レゾルバロータが回転軸から抜けにくくなる。また、電磁鋼管は電磁鋼板と比較して磁束密度が高い。このため、電磁鋼管により形成されたレゾルバロータを備えるレゾルバは、電磁鋼板の積層体で形成されたレゾルバロータを備えるレゾルバと比較して、検出精度が高い。

本発明において、前記レゾルバロータの内周面は切削されていてもよい。この構成によれば、レゾルバロータの内周面が更に滑らかになるため、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面との接触面積が大きくなる。したがって、レゾルバロータが回転軸から更に抜けにくくなる。

本発明において、前記ロータは、前記回転軸に設けられてロータコアを拘束する端面板を有し、前記端面板は、前記回転軸の一端側に臨む面に基準マークを有し、前記レゾルバロータは、前記回転軸の一端側に臨む面のうち径方向に肉厚となる部分に位相合わせマークを有し、前記基準マークと前記回転軸の軸線とを結ぶ仮想線上に前記位相合わせマークが位置していてもよい。この構成によれば、レゾルバロータの位置決めを容易に行うことができる。

本発明は、ケースと、前記ケースに回転軸が軸支されるロータと、前記ロータに固定されるレゾルバロータと、前記ケースに固定されて前記レゾルバロータの回転位置を検出するレゾルバステータと、を有する回転電機であって、前記レゾルバロータは電磁鋼の管状部材からなり、前記回転軸の外周面と前記レゾルバロータの内周面とが接触しつつ互いに押圧した状態で、前記レゾルバロータが前記回転軸に固定されることを特徴とする。

本発明によれば、レゾルバロータが電磁鋼の管状部材（電磁鋼管）により構成される。電磁鋼管の内周面は滑らかであるため、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面との接触面積が大きくなる。更に、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面とが互いに押圧する。このため、レゾルバロータが回転軸から抜けにくくなる。また、電磁鋼管は電磁鋼板と比較して磁束密度が高い。このため、電磁鋼管により形成されたレゾルバロータを備えるレゾルバは、電磁鋼板の積層体で形成されたレゾルバロータを備えるレゾルバと比較して、検出精度が高い。

本発明は、レゾルバを構成するレゾルバロータが回転軸に固定されるロータの製造方法であって、前記レゾルバロータを電磁鋼の管状部材で形成し、圧入により前記レゾルバロータを前記回転軸に固定することを特徴とする。

本発明によれば、レゾルバロータを電磁鋼の管状部材（電磁鋼管）により構成する。電磁鋼管の内周面は滑らかであるため、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面との接触面積が大きくなる。更に、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面とが互いに押圧する。このため、レゾルバロータが回転軸から抜けにくくなる。また、電磁鋼管は電磁鋼板と比較して磁束密度が高い。このため、電磁鋼管により形成されたレゾルバロータを備えるレゾルバは、電磁鋼板の積層体で形成されたレゾルバロータを備えるレゾルバと比較して、検出精度が高い。

本発明において、前記レゾルバロータの内周面を切削してもよい。この構成によれば、レゾルバロータの内周面を更に滑らかにするため、レゾルバロータの内周面と回転軸の外周面との接触面積が大きくなる。したがって、レゾルバロータが回転軸から更に抜けにくくなる。

本発明において、前記回転軸にロータコアを拘束する端面板を設け、前記端面板の一方の端面に基準マークを設け、前記レゾルバロータの一方の端面のうち径方向に肉厚となる部分に位相合わせマークを設け、前記基準マークと前記回転軸の中心とを結ぶ仮想線上に前記位相合わせマークが位置するようにして前記レゾルバロータを前記回転軸に圧入してもよい。この構成によれば、レゾルバロータの位置決めを容易に行うことができる。

本発明によれば、レゾルバロータが回転軸から抜けにくくなる。また、レゾルバの検出精度が高くなる。

図１は回転電機を模式化した断面図である。 図２はロータを回転軸の一端側から見た場合の正面図である。 図３Ａは電磁鋼板の積層体からなるレゾルバロータと回転軸との接触状態の説明に供する説明図であり、図３Ｂは電磁鋼管からなるレゾルバロータと回転軸との接触状態の説明に供する説明図である。 図４は電磁鋼管と電磁鋼板のＢ−Ｈ特性図である。

以下、本発明に係る回転電機のロータ構造及びロータの製造方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では回転電機としてブラシレスモータを想定しているが、他のモータ又は発電機であってもよい。なお、各図では各構成を簡略化して示している。

［１ モータ１０の構造］
図１で示すように、本実施形態に係るモータ１０は、ケース１２と、ケース１２の内部に収容されるステータ１４とロータ１６とレゾルバ１８と、を有する。

ステータ１４は、例えば鉄心に巻かれたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の複数の巻線（図示せず）を含み、各巻線がケース１２の内周に沿って等間隔で配置されて固定される。各相の巻線には電流が順次供給される。

ロータ１６は、回転軸２２と、回転軸２２に固定される端面板２６と、ロータコア３０と、端面板２８と、カラー３２とを備える。回転軸２２はモータ１０の出力軸である。回転軸２２は中空の筒状部材であって、ケース１２内に軸受３４、３６を介して回転自在な状態で軸支される。回転軸２２の外周には、径方向に拡がるフランジ４０とレゾルバ圧入部４２とが形成される。レゾルバ圧入部４２は、フランジ４０よりも小径であってフランジ４０の端面４０ａから回転軸２２の一端２２ａ側に突出する。

ロータコア３０は、複数の電磁鋼板が積層されてかしめ結合された積層体である。各電磁鋼板の外周形状は円形状であり、外周はステータ１４の内周と対向する。ロータコア３０の中心部には回転軸２２に圧入するための中心孔４４が形成される。また、ロータコア３０の外周側には軸線Ａ方向と平行する複数の磁石挿入孔４６が形成される。各磁石挿入孔４６には永久磁石４８が挿入される。更に、各磁石挿入孔４６には樹脂（図示せず）が充填され、永久磁石４８が固定される。

端面板２６、２８は、ステンレス鋼、アルミニウム等の非磁性体の金属により形成される。端面板２６、２８の外周形状はロータコア３０の外周形状と一致する円形状であり、また、端面板２６、２８の径はロータコア３０の径と略同一である。端面板２６、２８の中心部には回転軸２２に圧入するための中心孔５０、５２が形成される。

端面板２６は、ロータコア３０の一方の端面に当接し、ロータコア３０が回転軸２２の一端２２ａの方向へ変位しないように拘束する。同様に、端面板２８は、ロータコア３０の他方の端面に当接し、ロータコア３０が回転軸２２の他端２２ｂの方向へ変位しないように拘束する。更に、端面板２６とロータコア３０と端面板２８は、フランジ４０とカラー３２により挟持されて定位置に固定される。

レゾルバ１８は、レゾルバロータ５６とレゾルバステータ５８とを有する。レゾルバロータ５６は、電磁鋼の管状部材（電磁鋼管）により形成される。電磁鋼管とは磁気特性に優れた鋼管である。図２で示すように、電磁鋼管、すなわちレゾルバロータ５６は周方向に沿って複数の肉厚部５６ａと肉薄部５６ｂとを有する。肉厚部５６ａはレゾルバロータ５６の径方向に肉厚であり、肉薄部５６ｂはレゾルバロータ５６の径方向に肉薄である。肉厚部５６ａと肉薄部５６ｂは交互に等間隔で配置される。図２で示すレゾルバロータ５６は６つの肉厚部５６ａ及び肉薄部５６ｂを有する。レゾルバロータ５６の一方の端面５６ｃのうち任意の肉厚部５６ａの部分には位相合わせマーク６２が設けられる。レゾルバロータ５６は、レゾルバ圧入部４２に圧入されており、その結果、レゾルバ圧入部４２の外周面４２ａとレゾルバロータ５６の内周面５６ｅは互いに接触しつつ押圧する。

レゾルバステータ５８は、鉄心に巻かれた複数の巻線（図示せず）を含み、各巻線がケース１２の内周に沿って等間隔で配置されて固定される。レゾルバステータ５８は、レゾルバロータ５６及び回転軸２２と同様に軸線Ａを中心とする。レゾルバステータ５８の内周側は、レゾルバロータ５６の外周側と対向する。

ステータ１４の巻線に通電して回転軸２２を回転させると、レゾルバロータ５６が回転する。レゾルバロータ５６には肉厚部５６ａと肉薄部５６ｂが形成されているため、レゾルバロータ５６の回転によりレゾルバロータ５６とレゾルバステータ５８との隙間が変化する。レゾルバステータ５８の巻線に電流を流すと磁界が形成され、レゾルバロータ５６の回転に応じて場所ごとに磁束の量が変化する。この磁束の変化を検出することにより回転角度を得ることができる。

［２ ロータ１６の製造手順］
回転軸２２の一端２２ａに向かって他端２２ｂから端面板２６、ロータコア３０、端面板２８、カラー３２を順次圧入し、ロータ１６を製造する。更に、レゾルバロータ５６の内周面５６ｅを切削し、回転軸２２に形成されるレゾルバ圧入部４２にレゾルバロータ５６を圧入する。

レゾルバロータ５６の圧入は次のようにして行われる。図２で示すように、端面板２６の一方の板端面２６ａに基準マーク６０（例えば穴）を設ける。また、レゾルバロータ５６の一方の端面５６ｃのうち任意の肉厚部５６ａの部分に位相合わせマーク６２（例えば穴）を設ける。そして、基準マーク６０と回転軸２２の中心（軸線Ａ）とを結ぶ仮想線Ｉ上に位相合わせマーク６２が位置するようにしてレゾルバロータ５６をレゾルバ圧入部４２に圧入する。図１で示すように、レゾルバロータ５６の端面５６ｄがフランジ４０の端面４０ａに当接したら、圧入を終了する。

［３ 作用効果］
本実施形態に係るモータ１０（回転電機）に設けられるレゾルバロータ５６は電磁鋼管からなる。そして、圧入によりレゾルバロータ５６を回転軸２２に固定する。すると、レゾルバ圧入部４２（回転軸２２）の外周面４２ａとレゾルバロータ５６の内周面５６ｅとが接触しつつ互いに押圧した状態で、レゾルバロータ５６がレゾルバ圧入部４２に固定される。電磁鋼管からなるレゾルバロータ５６は電磁鋼板１０２の積層体からなるレゾルバロータ１０４（図３Ａ参照）と比較して、次のような効果を有する。

図３Ａで示すように、電磁鋼板１０２の積層体は、電磁鋼板１０２同士が積層方向と直交する方向にずれて積層される。電磁鋼板１０２の積層体により形成されるレゾルバロータ１０４は、電磁鋼板１０２同士のずれに起因して、内周面１０４ａが粗い。このため、レゾルバロータ１０４の内周面１０４ａと回転軸１００の外周面１００ａとの接触面積は小さくなる。その結果、回転軸１００に対してレゾルバロータ１０４を強固に固定しにくく、レゾルバロータ１０４が回転軸１００から抜けやすい。したがって、回転軸１００からレゾルバロータ１０４が抜けることを防止するために、カラー１０６を設けてレゾルバロータ１０４を固定する必要がある。

モータ内の空間が制限される場合、カラー１０６を設ける分だけレゾルバロータ１０４の軸線方向の長さを短くする必要がある。ところで、回転軸１００が回転すると回転軸１００とケース（図示せず）との間にスラスト方向に相対的なずれが発生する。すると、ケースに固定されるレゾルバステータ（図示せず）に対してレゾルバロータ１０４がずれる。ずれが大きくなるほど、レゾルバロータ１０４がレゾルバステータの外側にでることになり、レゾルバの検出精度が著しく低下する。

対して、本実施形態のように電磁鋼管の内周面は、電磁鋼板の積層体の内周面よりも粗さが抑制され滑らかである。例えば、図３Ｂで示すように、電磁鋼管により形成されるレゾルバロータ５６は、内周面５６ｅが滑らかである。レゾルバロータ５６の内周面５６ｅを切削すると、更に滑らかになる。このため、レゾルバロータ５６の内周面５６ｅとレゾルバ圧入部４２の外周面４２ａとの接触面積が大きくなる。その結果、レゾルバ圧入部４２に対してレゾルバロータ５６を強固に固定することが可能となる。レゾルバ圧入部４２に対してレゾルバロータ５６を圧入すると、より強固に固定することが可能となる。

レゾルバロータ５６はレゾルバ圧入部４２に対して強固に固定されるため、図３Ａで示すカラー１０６のような固定部品を設ける必要がない。このため、レゾルバロータ５６の軸線Ａ方向（図１参照）の長さを長くすることができる。すると、レゾルバロータ５６が軸線Ａ方向にずれたとしても、レゾルバロータ５６のいずれかの部分をレゾルバステータ５８の内側に維持することができる。このため、レゾルバ１８の検出精度を維持することができる。

また、図４で示す電磁鋼管のＢ−Ｈ特性１１０と電磁鋼板のＢ−Ｈ特性１１２から判るように、一般に電磁鋼管は、無方向性電磁鋼板よりも磁束密度が高い。このため、電磁鋼管により形成されたレゾルバロータ５６を備えるレゾルバ１８は、電磁鋼板１０２の積層体で形成されたレゾルバロータ１０４を備えるレゾルバと比較して、検出精度が高い。

また、電磁鋼管を用いてレゾルバロータ５６を製造するコストは、電磁鋼板の積層体を用いてレゾルバロータ１０４を製造するコストよりも安価である。また、カラー１０６のような固定部品が不要であるため、仕様部品を少なくすることが可能である。電磁鋼管を用いてレゾルバロータ５６を製造するコストは、このような観点でも安価といえる。

１０…モータ １６…ロータ
１８…レゾルバ ２２…回転軸
２６、２８…端面板 ２６ａ…板端面
３０…ロータコア ４２…レゾルバ圧入部
４２ａ…外周面 ５６…レゾルバロータ
５６ｃ、５６ｄ…端面 ５６ｅ…内周面
５８…レゾルバステータ ６０…基準マーク
６２…位相合わせマーク

Claims (7)

1. レゾルバを構成するレゾルバロータがロータの回転軸に固定される回転電機のロータ構造であって、
   前記レゾルバロータは電磁鋼の管状部材からなり、
   前記回転軸の外周面と前記レゾルバロータの内周面とが互いに接触しつつ押圧した状態で、前記レゾルバロータが前記回転軸に固定される
   ことを特徴とする回転電機のロータ構造。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータ構造において、
   前記レゾルバロータの内周面は切削されている
   ことを特徴とする回転電機のロータ構造。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のロータ構造において、
   前記ロータは、前記回転軸に設けられてロータコアを拘束する端面板を有し、
   前記端面板は、前記回転軸の一端側に臨む面に基準マークを有し、
   前記レゾルバロータは、前記回転軸の一端側に臨む面のうち径方向に肉厚となる部分に位相合わせマークを有し、
   前記基準マークと前記回転軸の軸線とを結ぶ仮想線上に前記位相合わせマークが位置する
   ことを特徴とする回転電機のロータ構造。
4. ケースと、
   前記ケースに回転軸が軸支されるロータと、
   前記ロータに固定されるレゾルバロータと、
   前記ケースに固定されて前記レゾルバロータの回転位置を検出するレゾルバステータと、
   を有する回転電機であって、
   前記レゾルバロータは電磁鋼の管状部材からなり、
   前記回転軸の外周面と前記レゾルバロータの内周面とが接触しつつ互いに押圧した状態で、前記レゾルバロータが前記回転軸に固定される
   ことを特徴とする回転電機。
5. レゾルバを構成するレゾルバロータが回転軸に固定されるロータの製造方法であって、
   前記レゾルバロータを電磁鋼の管状部材で形成し、
   圧入により前記レゾルバロータを前記回転軸に固定する
   ことを特徴とするロータの製造方法。
6. 請求項５に記載のロータの製造方法において、
   前記レゾルバロータの内周面を切削する
   ことを特徴とするロータの製造方法。
7. 請求項５又は６に記載のロータの製造方法において、
   前記回転軸にロータコアを拘束する端面板を固定し、
   前記端面板の一方の端面に基準マークを設け、
   前記レゾルバロータの一方の端面のうち径方向に肉厚となる部分に位相合わせマークを設け、
   前記基準マークと前記回転軸の中心とを結ぶ仮想線上に前記位相合わせマークが位置するようにして前記レゾルバロータを前記回転軸に圧入する
   ことを特徴とするロータの製造方法。

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