JP2022157816A - レゾルバ一体型軸受装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの偏心を抑制することで検出精度の向上を図ったレゾルバ一体型軸受装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】ハウジング５０に対して回転軸１１を回転自在に支持する軸受２０と、前記回転軸に取り付けられるロータ３１と、前記ロータの径方向外方に隙間を介して配置されるステータ３２と、前記軸受の外輪２１に取り付けられ、前記ステータのステータコア３４を保持するステータホルダ４０と、を備え、前記ステータコアは、前記ステータホルダにリベット５２によりに固定される。前記リベットは、前記ロータと前記ステータを芯出しを行った後に、前記ステータコアと前記ステータホルダを固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸の回転角度を検出可能なレゾルバを備えるレゾルバ一体型軸受装置及びその製造方法に関する。

特許文献１には、プレス加工により形成されたケース部材に、複数個の突起が外周に設けられたステータを圧入固定し、ケース部材をハウジングにボルト固定して、ケース部材のひずみの影響を受けることなくステータを取り付け可能としたレゾルバが開示されている。また、特許文献２には、転がり軸受の外輪内周面にステータを圧入し、内輪外周面のステータと対向する位置に偏心円筒状のロータを設け、低コスト化及びコンパクト化を図ったセンサ付き転がり軸受ユニットが開示されている。

特許第５８７０６０７号公報 特許第４２３８５７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレゾルバによれば、プレス加工が可能な程度に薄い板材からなるケース部材に、ステータを圧入固定しているので、ケース部材が変形してステータが偏心する場合がある。このため、検出精度が低下する可能性を排除できず、改善の余地があった。また、特許文献２に記載のセンサ付き転がり軸受ユニットによれば、ステータが外輪内周面に圧入されているが、圧入状態によってはステータが外輪に対してクリープして検出角度に影響する可能性があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータの偏心を抑制することで検出精度の向上を図ったレゾルバ一体型軸受装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］ ハウジングに対して回転軸を回転自在に支持する軸受と、
前記回転軸に取り付けられるロータと、
前記ロータの径方向外方に隙間を介して配置されるステータと、
前記軸受の外輪に取り付けられ、前記ステータのステータコアを保持するステータホルダと、
を備えるレゾルバ一体型軸受装置であって、
前記ステータコアは、前記ステータホルダにリベットによりに固定される、
レゾルバ一体型軸受装置。

［２］ ［１］に記載のレゾルバ一体型軸受装置の製造方法であって、
前記ロータと前記ステータを芯出しを行った後に、前記リベットは前記ステータコアと前記ステータホルダを固定する、
レゾルバ一体型軸受装置の製造方法。

本発明のレゾルバ一体型軸受装置及びその製造方法によれば、リベットによりステータとステータホルダを確実に固定できるので、ステータの偏心を抑制することができ、検出精度を向上できる。

本発明の一実施形態に係るレゾルバ一体型軸受装置の断面図であり、図３のＩ－Ｉ線断面図である。 図１に示すレゾルバ一体型軸受装置のＩＩ矢視図である。 図１に示すレゾルバ一体型軸受装置のＩＩＩ矢視図である。 レゾルバ一体型軸受装置の分解斜視図である。

以下、本発明に係るレゾルバ一体型軸受装置及びその製造方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１～図４に示すように、本実施形態のレゾルバ一体型軸受装置１０は、ハウジング５０に対して回転軸１１を回転自在に支持する転がり軸受２０と、例えば、ハイブリッド自動車に使用されるモータジェネレータの回転軸１１の回転角度を検出するレゾルバ３０とを備える。

転がり軸受２０は、円筒状のハウジング５０の内周面５１に嵌合し、内周面に外輪軌道２１ａが形成された外輪２１と、回転軸１１の外周面に嵌合し、外周面に内輪軌道２２ａが形成された内輪２２と、外輪軌道２１ａと内輪軌道２２ａとの間に配置され、保持器２４（本実施形態では、樹脂製の冠型保持器）に転動自在に保持された複数の転動体である玉２３と備えている。
なお、転がり軸受２０は、玉軸受に限定されるものでなく、他のタイプの転がり軸受であってもよい。

レゾルバ３０は、回転軸１１に固定されて回転軸１１と共に回転するロータ３１と、ロータ３１の径方向外方に径方向隙間（ギャップ）Ｃを介して配置されるステータ３２とを備える。ロータ３１は、回転によりステータ３２との径方向隙間Ｃが変化するように、円周方向に亙って外径寸法を異ならせた非円形形状を有する。
したがって、回転軸１１が回転するとロータ３１が一体的に回転し、ステータ３２の各ティース３３とロータ３１とのギャップが変化して、ステータ３２のコイル３６にロータ３１の回転角度に応じた電圧が得られる。

ステータ３２は、略円環状の複数の珪素鋼板が積層されてなり、内周面に径方向内側に向かって突出する複数のティース３３が設けられたステータコア３４と、ステータコア３４の各ティース３３にインシュレータ３５を介して巻回された各コイル３６とを有する。インシュレータ３５は、合成樹脂などの絶縁材料により形成されてティース３３とコイル３６とを絶縁している。
なお、本実施形態のように、コイル３６の前面側（図１において右側）は、円環板状のカバー３９により覆われていてもよい。

ステータコア３４の外周面には、略矩形箱状の端子台３７が径方向外方に突出して取り付けられており、ステータ３２のコイル３６に接続された複数の端子（図示せず）が端子台３７を介して外部に導出される。

ステータコア３４は、ステータホルダ４０に固定されている。ステータホルダ４０は、合成樹脂製であり、円環状板部４２と、円環状板部４２の軸方向他方側（図１において左側）の径方向中間部から軸方向他方側に突出する環状凸部４４と、円環状板部４２の軸方向一方側（図１において右側）の外周部から軸方向一方側に延設された円環部４３と、を備える。

環状凸部４４は、外輪２１の肩部を切り欠いて内周面に形成された環状凹部２１ｂに圧入されてステータホルダ４０が外輪２１と一体に固定されている。これにより、ステータ３２のステータコア３４がステータホルダ４０を介して転がり軸受２０と一体的に取り付けられる。

したがって、本実施形態では、環状凹部２１ｂは、玉２３に対して冠型保持器２４の円環部と軸方向において反対側に形成されている。即ち、レゾルバ３０は、ステータホルダ４０を介して、樹脂製の冠型保持器２４のポケット開口側に配置される。
ここで、仮に保持器として鉄製保持器が使用された場合、磁性体である鉄製保持器がレゾルバ３０に近いと磁束が乱れ、レゾルバ３０の検出精度に影響を及ぼす虞がある。その場合には、軸受幅を大きくして、レゾルバ３０と鉄製保持器とを離して配置する必要があり、サイズアップやコストアップが懸念される。このため、本実施形態のように、樹脂製の冠型保持器２４のポケット開口側にレゾルバ３０を配置することで、上記課題を解決できる。

また、ステータホルダ４０には、円環状板部４２の軸方向一方側の側面４２ａと円環部４３の内周面４３ａとによりステータコア３４を収容する、断面略Ｌ字形のステータ収納部４１が形成されている。そして、ステータ収納部４１にステータコア３４が収容されたとき、ステータコア３４の外周面３４ｃが内周面４３ａに嵌合し、ステータコア３４の軸方向他方側の側面３４ｂが、円環状板部４２の側面４２ａに当接する。

ステータホルダ４０は、合成樹脂製であり、ステータコア３４と同等の線膨張係数を有している。これにより、レゾルバ３０の温度変化があっても、ステータコア３４とステータホルダ４０の嵌合状態の変化が少なく、ステータコア３４の偏心が抑制されて良好な検出精度が維持される。また、ステータホルダ４０を射出成形法で形成すれば、ステータホルダ４０に付属する他の部分も同時に成形することができ、部品点数を削減することができる。

ステータコア３４は、ステータ収納部４１に隙間ばめで嵌合し、ロータ３１に対して芯出しされた後、複数のリベット５２によってステータホルダ４０に固定される。リベット５２は、ステータコア３４の外周側に設けられたリベット孔３４ａと、円環状板部４２の軸方向一方側の側面４２ａから円環状板部４２を軸方向に貫通するリベット孔４２ｂとに挿通されて両側から加締められて、ステータコア３４がステータホルダ４０に固定される。

なお、ステータホルダ４０の両側面には、リベット孔４２ｂに対応する径方向外方に径方向溝４７が設けられており、加締められたリベット５２の頭部５２ａが、ステータホルダ４０の両側面から突出しないように構成されている。

このように、ステータコア３４をステータ収納部４１に隙間ばめで嵌合し、ロータ３１に対して芯出しした状態でリベット止めすることで、ステータホルダ４０からステータコア３４に径方向応力が作用することがなく、ステータコア３４の偏心に起因する精度低下が防止される。

なお、金属製のリベット５２を用いることによる磁束への影響が懸念される場合には、リベット５２の設置位置をコイル３６の間に設けることで磁束への影響を低減する。
さらに、リベット５２が挿入されるリベット孔３４ａの数を、コイル３６の数の１/Ｎ（Ｎ：整数）とすることで、磁束への影響を均等にでき、好ましい。なお、本実施形態では、リベット孔３４ａの数は、リベット５２の数よりも多い。また、リベット孔３４ａの数は、端子台３７の領域を考慮せずに、円周方向に等間隔に配置されるものとして算出する。

なお、ステータコア３４とステータホルダ４０の固定は、リベット５２に限定されず、接着や圧入によってもよい。接着によりステータコア３４をステータ収納部４１に固定する場合も、リベット５２による固定と同様に、ステータコア３４とステータ収納部４１は隙間ばめで嵌合し、ロータ３１に対して芯出しした状態で接着されるので、ステータホルダ４０からステータコア３４に径方向応力が作用することがなく、ステータコア３４の偏心に起因する精度低下が防止される。

また、圧入による場合は、ステータコア３４がステータ収納部４１に圧入されるが、ステータホルダ４０を樹脂製にすることで、円環部４３の径方向厚さを容易に厚くすることができる。このため、従来のプレス加工で形成された薄板のケース部材と比較して円環部４３が変形し難く、円環部４３の変形によるステータコア３４の偏心が防止できる。従って、ステータコア３４の偏心に起因する精度低下が防止される。

例えば、本実施形態では、円環部４３は、外周面がハウジング５０の内周面５１に近接対向し、内周面４３ａが環状凸部４４の外周面よりも内径側に位置して、円環部４３の径方向厚さを厚く形成している。

また、ステータホルダ４０が、ステータコア３４の軸方向側面３４ｂと当接するように構成されるので、プレス加工で形成されたケース部材では必要であった、ステータコア３４と転がり軸受２０との軸方向距離を確保するためのシムなどの部品が不要であり、部品点数を削減できる。

また、ステータホルダ４０には、周方向の一部が切り欠かれ、ステータ３２側に開放された、断面略コの字形の開放溝４５が形成されている。開放溝４５を形成するステータホルダ４０の縁部は、端子台３７の両側面３７ａ、３７ｂと軸受２０側の側面３７ｃを囲んでいる。これにより、ステータの端子台３７を径方向外方に突出させることができ、ステータ３２の軸方向厚さを薄くしてコンパクト化、軽量化に貢献できる。

また、開放溝４５を形成するステータホルダ４０の縁部には、径方向外方に突出する突起部４６が形成されている。
さらに、ハウジング５０の円周方向の一部には、径方向に貫通するとともに転がり軸受２０側に開放する上面視でコの字形の切欠き溝５３が設けられている。切欠き溝５３を形成するハウジングの縁部は、ステータホルダ４０の突起部４６の周方向側面と当接して、ステータホルダ４０の突起部４６がハウジング５０の切欠き溝５３に係合することでステータホルダ４０の回転が防止されている。したがって、ステータホルダ４０に固定された転がり軸受２０のクリープを防止することができる。

なお、クリープによって転がり軸受２０の外輪２１が回転すると、外輪２１に固定されているステータホルダ４０、及びステータコア３４も回転する。ステータコア３４の回転は、検出角度の検出精度や、該検出角度に基づくモータの制御に直接影響する。極端な場合は、レゾルバ一体型軸受装置１０のケーブルやコネクタの破壊につながる虞もある。

しかしながら、本実施形態のレゾルバ一体型軸受装置１０では、外輪２１のクリープを防止することができ、ひいてはステータコア３４の回転を防止して検出精度の低下が防止できる。また、ステータホルダ４０をハウジング５０にねじ固定する必要がなく、部品点数の削減、組立工数の低減やレゾルバ一体型軸受装置１０のコンパクト化に寄与する。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） ハウジングに対して回転軸を回転自在に支持する軸受と、
前記回転軸に取り付けられるロータと、
前記ロータの径方向外方に隙間を介して配置されるステータと、
を備え、前記ステータのステータコアが前記軸受と一体的に取り付けられる、レゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、ステータのステータコアの取り扱い性を向上できる。

（２） 前記軸受の外輪に取り付けられ、前記ステータのステータコアを保持するステータホルダと、
をさらに備え、前記ステータのステータコアが前記ステータホルダを介して前記軸受と一体的に取り付けられる、（１）に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、ステータのステータコアの取り扱い性を向上できる。

（３） 前記ステータコアは、前記ステータホルダにリベットによりに固定される、（２）に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、ステータコアとロータとの芯出しを行った後、リベットによりステータとステータホルダを確実に固定できるので、ステータの偏心を抑制することができ、検出精度を向上できる。

（４） 前記ステータホルダは、樹脂製である、（３）に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、ステータコアに対するステータホルダによる径方向応力を低減して、レゾルバの検出精度を向上させることができる。

（５） 前記ステータのステータコアは、前記ステータホルダに隙間ばめで嵌合されている、（３）又は（４）に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、ステータコアとロータとの芯出しが容易であり、さらにステータホルダによるステータコアに対する径方向応力が低減し、検出精度が向上する。

（６） 前記リベットは、前記ステータの周方向で隣接するコイル間において、前記ステータコアと前記ステータホルダを固定する、
（３）～（５）のいずれか１つに記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、金属製のリベットによる磁束への影響を低減できる。

（７） 前記ステータコアのリベット孔の数は、前記ステータに設けられた複数のコイルの数の１／Ｎである、
（３）～（６）のいずれか１つに記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、リベット孔の数を、コイルの数の１/Ｎとすることで、金属製のステータコアのリベット孔による磁束への影響を均等にできる。

（８） 前記軸受は、樹脂製保持器を有する、（３）～（７）のいずれかに記載のレゾルバ一体型軸受装置。
この構成によれば、保持器がレゾルバの磁束に影響を及ぼすことがなく、軸受装置のサイズも大型化する必要がない。

（９） （３）～（８）のいずれか１つに記載のレゾルバ一体型軸受装置の製造方法であって、
前記ロータと前記ステータを芯出しを行った後に、前記リベットは前記ステータコアと前記ステータホルダを固定する、
レゾルバ一体型軸受装置の製造方法。
この構成によれば、ロータに対するステータの偏心が小さくなり検出精度が向上する。

１０ レゾルバ一体型軸受装置
１１ 回転軸
２０ 軸受
２１ 外輪
３０ レゾルバ
３１ ロータ
３２ ステータ
３４ ステータコア
３６ コイル
４０ ステータホルダ
５０ ハウジング
５２ リベット
Ｃ 径方向隙間

Claims (9)

1. ハウジングに対して回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記回転軸に取り付けられるロータと、
   前記ロータの径方向外方に隙間を介して配置されるステータと、
   を備え、前記ステータのステータコアが前記軸受と一体的に取り付けられる、レゾルバ一体型軸受装置。
2. 前記軸受の外輪に取り付けられ、前記ステータのステータコアを保持するステータホルダと、
   をさらに備え、前記ステータのステータコアが前記ステータホルダを介して前記軸受と一体的に取り付けられる、請求項１に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
3. 前記ステータコアは、前記ステータホルダにリベットによりに固定される、請求項２に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
4. 前記ステータホルダは、樹脂製である、請求項３に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
5. 前記ステータのステータコアは、前記ステータホルダに隙間ばめで嵌合されている、請求項３又は４に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
6. 前記リベットは、前記ステータの周方向で隣接するコイル間において、前記ステータコアと前記ステータホルダを固定する、
   請求項３～５のいずれか１項に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
7. 前記ステータコアのリベット孔の数は、前記ステータに設けられた複数のコイルの数の１／Ｎである、
   請求項３～６のいずれか１項に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
8. 前記軸受は、樹脂製保持器を有する、請求項３～７のいずれか１項に記載のレゾルバ一体型軸受装置。
9. 請求項３～８のいずれか１項に記載のレゾルバ一体型軸受装置の製造方法であって、
   前記ロータと前記ステータを芯出しを行った後に、前記リベットは前記ステータコアと前記ステータホルダを固定する、
   レゾルバ一体型軸受装置の製造方法。

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