JP5138489B2 - レゾルバロータの固定構造及びブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、バリアブルリラクタンス型のレゾルバロータの回転軸に対する固定構造、及びそのレゾルバを備えてなるブラシレスモータに関するものである。

従来、バリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバロータとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。レゾルバロータは、複数枚のコアシート（磁性鋼板）を積層して一体化されてなり、その外側検出面とレゾルバステータとの間のギャップパーミアンスが該レゾルバロータ（回転軸）の回転角度に対して正弦波状に変化するように非円形状をなしている。このようなレゾルバロータは、回転軸に圧入にて固定されるのが一般的である。
特開２００３−２８７４４１号公報

ところで、レゾルバロータは回転軸との位置決めを行う必要もあるため、特許文献１では、レゾルバロータの中央部に断面Ｄ字状の軸固定孔を形成し、回転軸のレゾルバロータの固定部分を断面Ｄ字状に形成して、軸固定孔に回転軸が圧入されてレゾルバロータが固定される。

しかしながら、レゾルバロータに設けた軸固定孔は断面Ｄ字状で非円形状であることから、その軸固定孔の周縁部において回転軸からの圧接力の反力が周方向に均一に作用しないため、レゾルバロータの外側検出面に周方向に不均一な変形が生じてしまう。レゾルバロータの外側検出面は、回転角度の検出に係る高精度な形状に形成されているため、このような周方向の不均一な変形が生じると、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レゾルバステータのスロット数と一致した高調波成分が助長され検出性能に著しい影響を及ぼすことがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転軸への圧入に伴う外側検出面の周方向の不均一な変形を抑制でき、レゾルバの検出性能の向上に寄与することができるレゾルバロータの固定構造及びブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数枚のコアシートを積層して一体化され、径方向外側に外側検出面を備えるとともに、中央部に位置決め部により非円形状とされた軸固定孔を備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータが用いられ、前記軸固定孔にて回転軸に圧入固定されるレゾルバロータの固定構造であって、前記回転軸と前記レゾルバロータとの固定部分には、軸方向において圧入部分と非圧入部分とが並んで構成され、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて前記レゾルバロータが前記回転軸に圧入固定され、前記レゾルバロータは、前記非圧入部分を挟んだ軸方向両側の前記圧入部分にて圧入固定されていることをその要旨とする。
請求項２に記載の発明は、複数枚のコアシートを積層して一体化され、径方向外側に外側検出面を備えるとともに、中央部に位置決め部により非円形状とされた軸固定孔を備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータが用いられ、前記軸固定孔にて回転軸に圧入固定されるレゾルバロータの固定構造であって、前記回転軸と前記レゾルバロータとの固定部分には、軸方向において圧入部分と非圧入部分とが並んで構成され、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて前記レゾルバロータが前記回転軸に圧入固定され、前記レゾルバロータは、前記非圧入部分により形成されるそのロータと前記回転軸との間の隙間に樹脂が充填されて固定されていることをその要旨とする。
請求項３に記載の発明は、複数枚のコアシートを積層して一体化され、径方向外側に外側検出面を備えるとともに、中央部に位置決め部により非円形状とされた軸固定孔を備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータが用いられ、前記軸固定孔にて回転軸に圧入固定されるレゾルバロータの固定構造であって、前記回転軸と前記レゾルバロータとの固定部分には、軸方向において圧入部分と非圧入部分とが並んで構成され、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて前記レゾルバロータが前記回転軸に圧入固定され、前記位置決め部を前記軸固定孔に開口する位置決め凹部としたその凹部内に挿入されて周方向に密着係合する係合部を有し、前記レゾルバロータの軸固定孔に非圧入で前記非圧入部分の前記回転軸に圧入固定されるカラー部材を備えたことをその要旨とする。

請求項１〜３の発明では、回転軸とレゾルバロータとの固定部分において圧入部分と非圧入部分とが軸方向に並んで構成され、レゾルバロータは、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて回転軸に圧入固定される。つまり、回転軸とレゾルバロータとの固定部分の軸方向一部に設けた非圧入部分では、レゾルバロータの圧入による回転軸からの圧接力の反力を受けないため、レゾルバロータの外側検出面に変形が生じず、またこれにより圧入部分における外側検出面の変形の周方向の不均一さが平均化される。これにより、レゾルバの検出性能の向上に寄与できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレゾルバロータの固定構造において、前記回転軸には、前記圧入部分と縮径による前記非圧入部分とが構成されていることをその要旨とする。

この発明では、回転軸に圧入部分と縮径による非圧入部分とが構成されるため、レゾルバロータは軸方向に同一形状となり、特に複数枚のコアシートが積層されてなるこのレゾルバロータでは同一形状のコアシートの使用が可能となる。

請求項１の発明では、レゾルバロータは、非圧入部分を挟んだ軸方向両側の圧入部分にて圧入固定される。つまり、レゾルバロータの外側検出面の軸方向中央部、即ちレゾルバの回転角度検出への影響力が大となる部分が非圧入部分に対応することでレゾルバロータの圧入による変形が生じないことから、レゾルバの検出性能の更なる向上に寄与できる。また、レゾルバロータがその軸方向両側で回転軸に固定されることから、安定した固定が可能となる。

請求項２の発明では、レゾルバロータは、非圧入部分により形成されるそのロータと回転軸との間の隙間に樹脂が充填されて固定される。つまり、非圧入部分の隙間に充填された樹脂により、レゾルバロータの回転軸に対する固定力が向上するとともに、レゾルバロータで生じる振動が吸収される。

請求項３の発明では、非圧入部分の回転軸に圧入固定され、レゾルバロータの軸固定孔に非圧入として配置されるカラー部材が備えられ、該部材に設けた係合部がレゾルバロータの位置決め部としての位置決め凹部内に挿入されて周方向に密着係合する。これにより、カラー部材がレゾルバロータの外側検出面の変形に影響を与えることなく、カラー部材の係合部とレゾルバロータの位置決め凹部との周方向への密着係合により該レゾルバロータの空転阻止力が向上する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定構造を用いてモータの回転軸に圧入固定されるレゾルバロータと、その径方向外側に配置されるレゾルバステータとを備えたバリアブルリラクタンス型レゾルバが搭載されてなるブラシレスモータである。

この発明では、上記請求項に記載の固定構造が用いられてレゾルバロータがモータの回転軸に圧入固定されてレゾルバの検出性能が向上するため、回転角度検出に優れたレゾルバ搭載のブラシレスモータを提供できる。

本発明によれば、回転軸への圧入に伴う外側検出面の周方向の不均一な変形を抑制でき、レゾルバの検出性能の向上に寄与することができるレゾルバロータの固定構造及びブラシレスモータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態におけるバリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバ搭載のブラシレスモータ１を示す断面図である。このブラシレスモータ１は、例えば運転者のステアリング操作をアシストすることを主たる目的とした車両用電動パワーステアリング装置に組み付けられる。

図１に示すように、ブラシレスモータ１は、ステータコア３の複数のティース３ａにそれぞれモータ巻線２が巻回されてなる環状のステータ４と、該ステータ４の内側に配置されて回転軸５とともに一体回転するロータ６と、該ロータ６の回転角度を検出するＶＲ型のレゾルバ７とを備えている。

ブラシレスモータ１のモータケース１０は、有底筒状に形成されたヨークハウジング１１と、該ヨークハウジング１１の開口部１１ａを閉塞するエンドプレート１２とからなり、ステータ４はそのヨークハウジング１１の内周面に固定されている。ステータ４は、モータ巻線２に三相（Ｕ，Ｖ，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。

ロータ６は、その回転軸５がヨークハウジング１１の底部１１ｂ及びエンドプレート１２に設けられた軸受１３，１４により回転可能に支持され、ステータ４の内側に配置されている。ロータ６は、マグネット飛散防止用の円筒カバー６ａの内部に複数個のマグネット（図示略）を有している。ロータ６は、ステータ４にて生じる回転磁界の影響を受け回転する。

レゾルバ７は、図２に示すように、回転軸５に圧入されて該回転軸５（ロータ６）と一体回転するように固定される環状のレゾルバロータ２１と、該レゾルバロータ２１の径方向外側に配置される環状のレゾルバステータ２２とを備えている。

レゾルバロータ２１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、同形状の磁性鋼板よりなるコアシート２１ｘを複数枚積層してなり、径方向外側に突出する複数（７つ）の突極部３１を備えている。これら突極部３１は、周方向に等角度間隔に配設されており、中心角の二等分線に関して線対称となる略円弧状の外側検出面３１ａを有している。

また、レゾルバロータ２１は、中央部に前記回転軸５に固定するための略円形状の軸固定孔３２を有するとともに、複数の突極部３１のうちいずれか１つの突極部３１の周方向中央部の角度位置でその軸固定孔３２に向けて開口する矩形状の位置決め凹部３３（位置決め部）を有している。位置決め凹部３３は、各々のコアシート２１ｘに形成された凹部３３ｘが軸方向に一致され、これにより軸方向に貫通する溝形状をなしている。位置決め凹部３３は、前記ロータ６に対するレゾルバロータ２１の周方向の位置決めのためのものであり、例えば両ロータ６，２１間に跨って冶具等が挿通されてレゾルバロータ２１の各突極部３１と前記ロータ６の永久磁石との周方向の位置決めに用いられる。

また、レゾルバロータ２１は、軸固定孔３２の内周縁部において、位置決め凹部３３の周方向両側にそれぞれ圧入部３４を有するとともに、該凹部３３を有さない他の突極部３１の周方向中央部の各角度位置に１つの圧入部３５を有している。これら圧入部３４，３５は、前記回転軸５へのレゾルバロータ２１の圧入に際し、該回転軸５の外周面（円周面）に圧接することでレゾルバロータ２１が回転軸５に固定される。

また、レゾルバロータ２１は、各突極部３１の周方向中央部の角度位置でその外側検出面３１ａから径方向内側の等距離位置にそれぞれ配置された円形のかしめ部３６を有している。これらかしめ部３６は、各コアシート２１ｘの一側面から他側面側に押し出されて形成され、隣接する一方のコアシート２１ｘのかしめ部３６の凸部が他方のコアシート２１ｘのかしめ部３６の凹部に嵌合することで、複数のコアシート２１ｘが軸方向に積層されて一体的に固定される。そして、複数枚のコアシート２１ｘが一体化されて構成されたレゾルバロータ２１にて回転軸５に対して圧入されている。

ここで、前記回転軸５のレゾルバロータ２１との固定部分において、本実施形態ではその固定部分の軸方向両側が圧入部分５ａとされるとともに、これら圧入部分５ａ間に縮径によりなる非圧入部分５ｂが構成されている。因みに、縮径よりなる非圧入部分５ｂの形状は、誇張して図示している。レゾルバロータ２１は、その非圧入部分５ｂを軸方向に跨るように各圧入部分５ａに対し各圧入部３４，３５による圧入により固定されている。

即ち、レゾルバロータ２１の回転軸５への圧入の際、軸固定孔３２の周方向一部に設けた位置決め凹部３３の影響を受け、各突極部３１の外側検出面３１ａに現れる歪み寸法量に差が生じてくる。しかしながら、本実施形態のようにレゾルバロータ２１の固定部分の軸方向一部に非圧入部分５ｂを設けることで、この部分ではレゾルバロータ２１の圧入による回転軸５からの圧接力の反力を受けないため、各突極部３１の外側検出面３１ａに変形が生じず、またこれが圧入部分５ａにおける突極部３１の外側検出面３１ａの変形の不均一さを平均化する。換言すれば、非圧入部分５ｂの軸方向長さは、レゾルバロータ２１の固定力とその外側検出面３１ａの変形量とを考慮した好適な長さに設定されている。こうして、レゾルバロータ２１の全ての突極部３１の外側検出面３１ａの変形が略同等とされて、レゾルバ７の検出性能の向上が図られている。

図１及び図２に示すように、レゾルバステータ２２は、同形状の磁性鋼板よりなるコアシート２２ｘを複数枚積層してなり、複数（１０本）のティース２３ａを有するレゾルバステータコア２３と、樹脂製のインシュレータ２４を介してティース２３ａに巻回されたレゾルバ巻線２５とを備えている。尚、レゾルバ巻線２５は、励磁電圧が印加される一相の励磁巻線と、該励磁巻線の励磁に基づいてレゾルバロータ２１の回転に応じた位相の異なる出力信号（回転角度信号）を出力する二相の出力巻線とからなり、それぞれ所定位置のティース２３ａに巻回されている。レゾルバステータ２２は、エンドプレート１２に対して固定プレート１５と取付ねじ１６にて固定される。

また、レゾルバステータ２２には、レゾルバ用コネクタ２６が一体に設けられている。レゾルバ巻線２５は、レゾルバ用コネクタ２６が外部から延びる信号配線２７の接続コネクタ２７ａと接続されることで、外部に設けられる制御装置（図示略）と電気的に接続される。そして、制御装置は、レゾルバ巻線２５のうちの励磁巻線を励磁させつつ出力巻線から得られる出力信号に基づいてレゾルバロータ２１、即ちモータ１のロータ６の回転位置を検出し、ステータ４（モータ巻線２）に供給する三相駆動電源を生成するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、回転軸５のレゾルバロータ２１との固定部分において圧入部分５ａと非圧入部分５ｂとが軸方向に並んで構成され、レゾルバロータ２１は、その非圧入部分５ｂが軸方向一部に含まれるように回転軸５の圧入部分５ａに対して圧入固定されている。つまり、回転軸５のレゾルバロータ２１との固定部分の軸方向一部に設けた非圧入部分５ｂでは、レゾルバロータ２１の圧入による回転軸５からの圧接力の反力を受けないため、レゾルバロータ２１の外側検出面３１ａに変形が生じず、またこれにより圧入部分５ａにおける外側検出面３１ａの変形の周方向の不均一さを平均化することができる。そのため、モータ１のロータ６の回転角度検出に係るレゾルバ７で生成される出力信号（回転角度信号）において、その波形歪みの原因となるレゾルバステータ２２のスロット数（１０個）と一致した高調波成分（１０次高調波成分）を抑制することができ、レゾルバ７の検出性能の向上を図ることができる。これにより、回転角度検出に優れたレゾルバ７搭載のブラシレスモータ１を構成でき、ひいては低振動・低騒音のブラシレスモータ１を構成することができる。

（２）本実施形態では、レゾルバロータ２１の位置決め凹部３３を周方向に１つ設ける態様であることから、該凹部３３を周方向に複数設ける態様と比べて、回転軸５への固定の際の固定力が凹部３３側に逃げることを抑制でき、またかしめ部３６による各コアシート２１ｘ間の固定の際の固定力が同じく凹部３３側に逃げることを抑制でき、それらの固定を強固とすることができる。反面、レゾルバロータ２１の位置決め凹部３３を周方向に１つとすることで各突極部３１の外側検出面３１ａの変形の不均一さが生じ易いため、上記のような固定構造を採用する意義は大きい。

（３）本実施形態では、回転軸５に圧入部分５ａと縮径による非圧入部分５ｂとが構成されるため、レゾルバロータ２１は軸方向に同一形状、即ち複数枚のコアシート２１ｘが積層されてなる本実施形態のレゾルバロータ２１では同一形状のコアシート２１ｘを使用でき、レゾルバロータ２１の製造容易化、低コスト化に寄与できる。

（４）本実施形態では、レゾルバロータ２１は、回転軸５の非圧入部分５ｂを挟んだ軸方向両側の圧入部分５ａに圧入固定されている。つまり、レゾルバロータ２１の外側検出面３１ａの軸方向中央部、即ちレゾルバ７の回転角度検出への影響力が大となる部分が非圧入部分５ｂに対応することでレゾルバロータ２１の圧入による変形が生じないことから、レゾルバ７の検出性能の更なる向上に寄与できる。また、レゾルバロータ２１がその軸方向両側で回転軸５に固定されることから、安定した固定とすることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、回転軸５の非圧入部分５ｂとレゾルバロータ２１の軸固定孔３２の内周縁部との間に隙間が形成されるが、例えば図４（ｂ）に示すように、その隙間Ｓに樹脂４０を充填させてもよい。つまり、非圧入部分５ｂの隙間Ｓに充填された樹脂４０により、レゾルバロータ２１の回転軸５に対する固定力が向上するとともに、レゾルバロータ２１で生じる振動が吸収される。尚、この場合、図４（ａ）に示すように、位置決め凹部３３や、圧入部分５ａにおいてもレゾルバロータ２１を圧入部３４，３５にて固定を図る態様では隙間Ｓが生じるため、この隙間Ｓに樹脂４０を充填させてもよい。

・上記実施形態では、回転軸５の非圧入部分５ｂを挟んだ軸方向両側の圧入部分５ａにレゾルバロータ２１を圧入固定したが、例えば図５に示すように、回転軸５の先端側を縮径とし、レゾルバロータ２１の固定部分の軸方向一側を非圧入部分５ｂ、軸方向他側を圧入部分５ａとしてもよい。またこの場合においても、図６に示すように、非圧入部分５ｂ等における回転軸５とレゾルバロータ２１との間の隙間Ｓに、樹脂４０を充填させてもよい。

また、回転軸５の先端側を縮径として非圧入部分５ｂを設ける態様において、例えば図７（ａ）（ｂ）に示すようなカラー部材４１を回転軸５に装着してもよい。カラー部材４１は、リング状の本体部４１ａが回転軸５の非圧入部分５ｂに圧入固定され、レゾルバロータ２１の軸固定孔３２に非圧入として配置される。カラー部材４１の本体部４１ａの外周縁部には係合片４１ｂ（係合部）が突出形成され、該係合片４１ｂがレゾルバロータ２１の位置決め凹部３３内に挿入されて周方向に密着係合する。これにより、カラー部材４１がレゾルバロータ２１の外側検出面３１ａの変形に影響を与えることなく、その係合片４１ｂと位置決め凹部３３との周方向への密着係合によりレゾルバロータ２１の空転阻止力が向上する。

・上記実施形態では、ブラシレスモータ１に搭載するレゾルバ７に上記固定構造を適用したが、その他の装置に搭載するレゾルバにその固定構造を適用してもよい。

本実施形態におけるブラシレスモータを示す断面図である。 ＶＲ型レゾルバを示す平面図である。 レゾルバロータの固定構造を説明するための、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 別例におけるレゾルバロータの固定構造を説明するための、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 別例におけるレゾルバロータの固定構造を説明するための断面図である。 別例におけるレゾルバロータの固定構造を説明するための断面図である。 別例におけるレゾルバロータの固定構造を説明するための、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１…ブラシレスモータ、５…回転軸、５ａ…圧入部分、５ｂ…非圧入部分、７…バリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバ、２１…レゾルバロータ、２２…レゾルバステータ、２１ｘ…コアシート、３１ａ…外側検出面、３２…軸固定孔、３３…位置決め凹部（位置決め部）、４０…樹脂、４１…カラー部材、４１ｂ…係合片（係合部）、Ｓ…隙間。

Claims (5)

1. 複数枚のコアシートを積層して一体化され、径方向外側に外側検出面を備えるとともに、中央部に位置決め部により非円形状とされた軸固定孔を備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータが用いられ、前記軸固定孔にて回転軸に圧入固定されるレゾルバロータの固定構造であって、
   前記回転軸と前記レゾルバロータとの固定部分には、軸方向において圧入部分と非圧入部分とが並んで構成され、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて前記レゾルバロータが前記回転軸に圧入固定され、
   前記レゾルバロータは、前記非圧入部分を挟んだ軸方向両側の前記圧入部分にて圧入固定されていることを特徴とするレゾルバロータの固定構造。
2. 複数枚のコアシートを積層して一体化され、径方向外側に外側検出面を備えるとともに、中央部に位置決め部により非円形状とされた軸固定孔を備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータが用いられ、前記軸固定孔にて回転軸に圧入固定されるレゾルバロータの固定構造であって、
   前記回転軸と前記レゾルバロータとの固定部分には、軸方向において圧入部分と非圧入部分とが並んで構成され、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて前記レゾルバロータが前記回転軸に圧入固定され、
   前記レゾルバロータは、前記非圧入部分により形成されるそのロータと前記回転軸との間の隙間に樹脂が充填されて固定されていることを特徴とするレゾルバロータの固定構造。
3. 複数枚のコアシートを積層して一体化され、径方向外側に外側検出面を備えるとともに、中央部に位置決め部により非円形状とされた軸固定孔を備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータが用いられ、前記軸固定孔にて回転軸に圧入固定されるレゾルバロータの固定構造であって、
   前記回転軸と前記レゾルバロータとの固定部分には、軸方向において圧入部分と非圧入部分とが並んで構成され、その非圧入部分が軸方向一部に含まれるように圧入部分にて前記レゾルバロータが前記回転軸に圧入固定され、
   前記位置決め部を前記軸固定孔に開口する位置決め凹部としたその凹部内に挿入されて周方向に密着係合する係合部を有し、前記レゾルバロータの軸固定孔に非圧入で前記非圧入部分の前記回転軸に圧入固定されるカラー部材を備えたことを特徴とするレゾルバロータの固定構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のレゾルバロータの固定構造において、
   前記回転軸には、前記圧入部分と縮径による前記非圧入部分とが構成されていることを特徴とするレゾルバロータの固定構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定構造を用いてモータの回転軸に圧入固定されるレゾルバロータと、その径方向外側に配置されるレゾルバステータとを備えたバリアブルリラクタンス型レゾルバが搭載されてなることを特徴とするブラシレスモータ。

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