JP2019002816A - 回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置を得る。【解決手段】センサーロータとセンサーステータとを有する回転角度検出装置であって、センサーロータは、センサーステータと対向する外周面において凹凸が形成されており、中心部に設けられた環状の取付孔に回転軸が挿通され、取付孔には回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合する位置決め凸部が内径側に突出するように設けられており、位置決め凸部の両側には外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、位置決め凸部は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータに関する。

従来のバリアブルリラクタンス型のロータでは、半径方向の比較的厚い凸部に対応する位置に、キーが設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、この特許文献１は、ロータの内径壁に突起を設けて、回転軸の軸凹溝と嵌合させる構成を備えている。この結果、特許文献１は、部品点数の削減および薄肉化を可能としたバリアブルリラクタンス型角度検出器用ロータ構造を実現している。

特開２００２−１７４５３５号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
回転角度検出装置は、センサーロータが回転すると、遠心力が発生する。そして、円環状のセンサーロータの取付孔に、逃げ凹溝のような形状があると、発生した遠心力に起因して、応力集中が発生する。

従って、センサーロータの耐遠心力性を確保するためには、センサーロータをより肉厚にしなければならない問題がある。一方、センサーロータを肉厚にせずに、センサーロータの耐遠心力性を確保するためには、高強度材を採用することも考えられる。しかしながら、この場合には、サイズの拡大は防止できるものの、コストが上がってしまう問題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることを目的とする。

本発明に係る回転角度検出装置は、磁性体で構成されたセンサーロータと、センサーロータの外径側においてセンサーロータと対向して設けられたセンサーステータとを有する回転角度検出装置であって、センサーロータは、センサーステータと対向する外周面において、機械角３６０°に対してＸ（Ｘは１以上の整数）周期変化する凹凸が形成されており、中心部に設けられた環状の取付孔に回転軸が挿通され、取付孔には、回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合することで、回転軸に対してセンサーロータの回転方向位置を規制する位置決め凸部が、内径側に突出するように１つまたは複数設けられており、位置決め凸部の両側には、外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、位置決め凸部は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられているものである。

また、本発明に係る回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータは、内燃機関と動力伝達装置との間に設けられており、本発明の回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータであって、回転軸は、中空構造であり、中空構造の一部に、動力伝達装置の一部が入り込んで構成されているものである。

本発明によれば、センサーロータの外周面に凹凸を持たせ、センサーロータの径方向の厚さの中心位置が、周方向でずれることによって、遠心力による引張荷重によって曲げモーメントを生じさせ、逃げ凹溝に発生する応力を低減させる構成を備えている。この結果、センサーロータに高強度材を採用することなく、センサーロータの厚肉化も不要となり、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることができる。

本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の構成図である。 本発明の実施の形態１において、外周面の凹部に対応する内周面の位置に設けられた位置決め凸部周辺の応力分布の解析結果を示した図である。 位置決め凸部を外周面の凸部に対応する内周面の位置に設けた際の、位置決め凸部周辺の応力分布の解析結果を示した図である。 本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の、図１とは異なる構成図である。 本発明の実施の形態２における回転角度検出装置の構成図である。 本発明の実施の形態３における回転角度検出装置を車両用駆動モータに適用した場合の構成図である。

以下、本発明の回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータの好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の構成図であり、センサーロータの回転軸方向に見た上面図に相当する。図１に示した回転角度検出装置１は、センサーステータ１０、センサーロータ２０、および回転軸３０を備えて構成されている。

本実施の形態１におけるセンサーロータ２０は、磁性体で構成され、外周面に凹凸が設けられている。さらに、本実施の形態１におけるセンサーロータ２０は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に、位置決め凸部２１が設けられており、位置決め凸部２１は、回転軸３０側に突出しており、回転軸３０の軸凹溝３１と嵌合している。また、位置決め凸部２１の両端には、逃げ凹溝２２が設けられている。

一方、センサーステータ１０は、センサーロータ２０の外径側に、センサーロータ２０と対向するように設けられている。また、本実施の形態１に係るセンサーステータ１０は、図１に示したように、ティース部１１の間のスロット部１２に巻回されたコイル１３を備えて構成されている。

センサーステータ１０の対向面に相当するセンサーロータ２０の外周面は、機械角３６０°に対してＸ（Ｘは１以上の整数）周期変化するように凹凸が設けられていることになる。図１に示した例では、Ｘ＝１２として、センサーロータ２０の外周面に凹凸が設けられている。

このような構造を備えたセンサーロータ２０が回転軸３０に伴って回転すると、センサーステータ１０に対するセンサーロータ２０の外径側の形状が、周期的に凹凸を繰り返すこととなる。さらに、回転に伴う遠心力が発生すると、この遠心力によって、回転方向の断面では、全体的に引張荷重が発生する。すなわち、周方向に引っ張るモードが発生する。

ここで、本実施の形態１に係るセンサーロータ２０は、その径方向の厚さの中心位置が、周方向でずれている。このような構造を有することによって、センサーロータ２０には、遠心力による引張荷重によって、曲げモーメントが生じる。この曲げモーメントによって、位置決め凸部２１には、外径側が圧縮、内径側が引張の応力が生じる。一方、この曲げモーメントによって、逃げ凹溝２２には、内径側が圧縮、外径側が引張の応力が生じる。

従って、センサーロータ２０において、外周面が凹部となっている位置では、この曲げモーメントによる圧縮応力と、遠心力によって全体に係る引張応力とが作用し合い、結果的に応力が小さくなる。また、逃げ凹溝２２には応力集中が発生する。しかしながら、本実施の形態１に係るセンサーロータ２０は、外周面の凹部に対応する内周面の位置に、位置決め凸部２１が設けられている。このような構造を有することで、位置決め凸部２１の両側の逃げ凹溝２２に発生する応力を、低減させることができる。

図２は、本発明の実施の形態１において、外周面の凹部に対応する内周面の位置に設けられた位置決め凸部２１周辺の応力分布の解析結果を示した図である。図２に示す分布では、応力値が−９．６〜１１９．８Ｍｐａの範囲を９分割して識別表示されている。図２のＡ部の拡大図に示すように、逃げ凹溝２２の応力値は、１１０Ｍｐａとなっている。

これに対して、図３は、位置決め凸部２１を外周面の凸部に対応する内周面の位置に設けた際の、位置決め凸部２１周辺の応力分布の解析結果を示した図である。図３に示す分布では、応力値が−１０．２〜１９４．２Ｍｐａの範囲を９分割して識別表示されている。図３のＢ部の拡大図に示すように、逃げ凹溝２２の応力値は、１９４Ｍｐａとなっている。

従って、図２、図３に示した解析結果の比較からも明らかなように、本実施の形態１に係るセンサーロータ２０は、外周面の凹部に対応する内周面の位置に、位置決め凸部２１を設ける構造を採用することで、位置決め凸部２１の両側の逃げ凹溝２２に発生する応力を、低減させることができる。

また、このセンサーロータ２０は、薄板状の電磁鋼板を回転軸３０の方向に積層して形成することができる。この場合、それぞれの電磁鋼板は、図１に示すように、カシメ２３によって固定される。

そして、本実施の形態１に係るセンサーロータ２０は、カシメ２３の位置を、外周面の凸部に対応する位置に設けている。このような配置構成によって、センサーロータ２０は、逃げ凹溝２２による応力集中と、カシメ２３が構成されることによる応力集中との影響を分散することで、回転時に遠心力の影響で発生する応力の最大値を抑制することができる。

なお、積層される電磁鋼板は、圧延加工された帯状板材を所定の形状に打ち抜き加工して形成される。そこで、打ち抜き加工時の帯状板材の圧延方向に対する電磁鋼板の向きと、積層時の電磁鋼板の向きとが、いずれも一定であるようにして、センサーロータ２０を形成することができる。

このように形成されたセンサーロータ２０は、圧延方向の違いによる電磁鋼板の強度バラツキに対する、耐遠心力の感受性を下げることができる。この結果、積層時における回し積み（転積）が不要になり、打ち抜き加工のコストを下げることができる。

また、図１におけるセンサーステータ１０は、レゾルバステータである。すなわち、図１に示したセンサーステータ１０は、円弧または円環状であり、内径側または内径側に突出したティース部１１を備え、ティース部１１の間に構成されるスロット部１２に巻回されたコイル１３を備えて構成されるレゾルバステータである。

しかしながら、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、磁気検出素子１４を備えたセンサーステータ１０によって、回転検出装置を構成することも、当然考えられる。図４は、本発明の実施の形態１における回転角度検出装置１の、図１とは異なる構成図である。図４に示したセンサーステータ１０は、磁気検出素子１４を備えて構成されている。このような図４の構成によっても、先の実施の形態１の構成と同様の効果を実現できる。

以上のように、実施の形態１によれば、センサーロータの外周面に凹凸を持たせ、センサーロータの径方向の厚さの中心位置が、周方向でずれるように構成されている。このような構成を備えることで、遠心力による引張荷重によって曲げモーメントを生じさせ、逃げ凹溝に発生する応力を低減させることができる。

従って、センサーロータに高強度材を採用することなく、センサーロータの厚肉化も不要となる。この結果、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることができる。

また、実施の形態１に係るセンサーロータは、薄板の電磁鋼板を回転軸方向に積層して、カシメで固定されて構成される際に、カシメの固定位置を、センサーステータ対向面の凸形状の位置に対応した位置としている。このような配置構成により、応力集中する逃げ凹溝に対して、カシメによる強度への影響を小さくできる。この結果、センサーロータに高強度材を採用することなく、安価な鋼板を用いた薄板構造によるセンサーロータを実現できる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、薄板状の電磁鋼板を積層して形成されるセンサーロータ２０の具体的な構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態２における回転角度検出装置の構成図である。具体的には、図５（ａ）は、上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）におけるＢ部の部分拡大図、をそれぞれ示している。

本実施の形態２におけるセンサーロータ２０は、薄板状の電磁鋼板を積層して成り、その積層鋼板の所定の枚数にのみ位置決め凸部２１を有し、他の電磁鋼板は、位置決め凸部２１を有さない点を技術的特徴としている。

このような構成を採用した場合には、位置決め凸部２１を有さない電磁鋼板の内径形状を、円環状にすることができる。この結果、本実施の形態２に係るセンサーロータ２０は、遠心力による応力の発生をより小さく抑えることができる。

また、位置決め凸部２１を部分的に設ける構成を採用することで、図５（ｃ）に示したように、回転軸３０のセンサー位置決め用の軸凹溝３１の深さが、軸方向の全域にある必要がなくなる。このため、例えば、回転軸３０は、その終端にＲ形状を設けることができる。これによって、エンドミル加工でなく、カッターによる加工により回転軸３０を製造することができる。この結果、より安価に回転軸３０を製造することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、位置決め凸部を部分的に設けるようにして薄板状の電磁鋼板を積層することで形成されたセンサーロータ２０を採用している。この結果、先の実施の形態１の構成を採用する場合と比較して、遠心力による応力の発生を、より小さく抑えることができる。さらに、回転軸の製造に関する制約を緩和でき、より安価に回転軸を製造した上で、先の実施の形態１と同等以上の効果を実現できる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、本発明の回転角度検出装置１を車両用駆動モータ１００に適用する場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態３における回転角度検出装置１を車両用駆動モータに適用した場合の構成図である。

車両用駆動モータ１００としては、内燃機関２００と動力伝達装置３００との間に取り付けられるものが知られている。このような構成では、回転軸３０を中空構造にして、この中空構造の部分に動力伝達装置３００の一部が入り込んで構成されることがある。

このとき、中空構造に応じて、モータの回転角度検出装置１は、そのセンサーロータ２０の内径を大きく構成する必要がある。センサーロータ２０の構造が大きくなると、回転時の遠心力によって発生する応力も大きくなる。

このような場合に、位置決め凸部２１および逃げ凹溝２２を構成する際に、先の実施の形態１、２で説明したような本発明に係る回転角度検出装置１の構造を採用することで、応力を抑えることができる。

また、このとき、センサーロータ２０の位置決め凸部２１と嵌合するために設けられる軸凹溝３１と、ロータコア１０１の位置決め用の凹溝１０２とを、軸方向に連通した同一形状として回転軸３０に形成することによって、回転軸の加工工数を低減し、より安価にモータを製造することができる。

１ 回転角度検出装置、１０ センサーステータ、１１ ティース部、１２ スロット部、１３ コイル、１４ 磁気検出素子、２０ センサーロータ、２１ 位置決め凸部、２２ 逃げ凹溝、２３ カシメ、３０ 回転軸、３１ 軸凹溝、１００ 車両用駆動モータ、１０１ ロータコア、１０２ ロータ位置決め用の凹溝、２００ 内燃機関、３００ 動力伝達装置。

Claims (8)

1. 磁性体で構成されたセンサーロータと、
   前記センサーロータの外径側において前記センサーロータと対向して設けられたセンサーステータと
   を有する回転角度検出装置であって、
   前記センサーロータは、
   前記センサーステータと対向する外周面において、機械角３６０°に対してＸ（Ｘは１以上の整数）周期変化する凹凸が形成されており、
   中心部に設けられた環状の取付孔に回転軸が挿通され、前記取付孔には、前記回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合することで、前記回転軸に対して前記センサーロータの回転方向位置を規制する位置決め凸部が、内径側に突出するように１つまたは複数設けられており、
   前記位置決め凸部の両側には、前記外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、
   前記位置決め凸部は、前記外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられている
   回転角度検出装置。
2. 前記センサーロータは、薄板の電磁鋼板が回転軸方向に積層され、カシメで固定された状態として構成され、
   前記カシメは、前記外周面の凸部の位置に対応した位置に設けられている
   請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記位置決め凸部は、積層された前記電磁鋼板の一部に設けられ、その他の電磁鋼板には設けられていない
   請求項２に記載の回転角度検出装置。
4. 前記センサーロータは、圧延加工された帯状板材を所定の形状に打ち抜き加工して形成された前記電磁鋼板が、打ち抜き加工時の前記帯状板材の圧延方向に対する前記電磁鋼板の向きと、積層時における前記電磁鋼板の向きとが一定となるようにして形成されている
   請求項２または３に記載の回転角度検出装置。
5. 前記センサーステータは、円弧または円環状であり、前記内径側に突出したティース部と、前記ティース部の間に構成され、コイルが巻回されるスロット部とを有して構成されるレゾルバステータである
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
6. 前記センサーステータは、磁気検出素子を有して構成される
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
7. 内燃機関と動力伝達装置との間に設けられており、請求項１から６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータであって、
   前記回転軸は、中空構造であり、前記前記中空構造の一部に、前記動力伝達装置の一部が入り込んで構成されている
   回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータ。
8. 前記回転軸は、前記車両用駆動モータのロータに設けられたロータ位置決め凸部と嵌合するためのロータ位置決め凹溝と、前記軸凹溝とが、軸方向に連通した同一形状として形成されている
   請求項７に記載の回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータ。

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