JP5221077B2 - 自動車駆動モータ用レゾルバ - Google Patents

Description

本発明は、自動車駆動用モータの回転角度を検出するレゾルバに関する。

モータによって走行する電気自動車が広く用いられている。モータは界磁巻線および回転子を備える。界磁巻線はモータケースの内部に磁界を発生させる。回転子は界磁巻線から発せられた磁界によって回転する。回転子の回転駆動力は、モータシャフト、トルク伝達機構等を介して車輪に伝達される。

回転子には所定の位置に永久磁石が取り付けられる。回転子が発生するトルクの大きさは、回転子の回転位置によって定まる永久磁石の位置と、界磁巻線から発せられる磁界の分布との関係によって定まる。

そこで、モータには回転子の回転角度を検出するためのレゾルバが取り付けられる。レゾルバは、円環形状の磁性体であるレゾルバステータに、所定の角度間隔を以て複数のコイルを設けたセンサ部を備える。レゾルバステータの中心はモータシャフトに貫かれ、レゾルバステータの中心にはモータシャフトと共に回転するレゾルバロータが設けられる。

回転子の回転角度を検出するには複数のコイルのうち１つから磁界を発生させる。レゾルバロータは回転非対称の磁性体によって構成されるため、発生した磁界はモータシャフトの回転に伴うレゾルバロータの回転によって変調を受ける。そして、変調を受けた磁界は他のコイルに誘導起電力を発生させ、誘導起電力を発生したコイルはその誘導起電力を検出信号として出力する。

モータを制御する制御部は、レゾルバから出力された検出信号に基づいて回転子の回転角度を求める。そして、回転角度に応じた回転磁界を発生することによって、回転子にできるだけ大きなトルクを発生させる。

特開２００６−２８０１１７号公報 特開２００６−２２３０１０号公報 特開２００１−７８３９３号公報

レゾルバを備えるモータにおいて界磁巻線とレゾルバとを近接させて配置すると、検出信号に界磁巻線が発生する磁界による誤差成分が生じる。この誤差成分は、モータの正確な回転制御の妨げとなる。そのため、界磁巻線とレゾルバはできるだけ離して配置する必要があり、モータが大型化するという問題があった。

本発明は、このような課題に対してなされたものである。すなわち、界磁巻線から発せられる磁界によってレゾルバから出力される誤差成分を低減すると共に、レゾルバをモータケースに取り付ける構造を簡単にしてモータを小型化することを目的とする。

本発明は、レゾルバコイルが設けられる環状のレゾルバステータと、磁性体の環状板によって形成され前記レゾルバステータをモータケース内に固定するレゾルバ固定プレートと、を備え、前記モータケースは、筒形状の内側壁面を有するモータケース本体部と、モータシャフトを貫通させるシャフト穴を有し前記モータケース本体部の開口端を塞ぐモータケース端壁と、を備え、前記レゾルバ固定プレートおよび前記レゾルバステータは同心状に重ねられ、前記シャフト穴を貫通した前記モータシャフトを囲み、前記レゾルバ固定プレートは、前記レゾルバステータの外周よりも外側の領域で前記モータケース端壁に接触し、前記レゾルバステータに重なる領域が前記モータケースとの間に前記レゾルバステータを挟むよう、前記モータケース端壁に固定され、前記レゾルバステータは、前記レゾルバ固定プレートと前記モータケースとの間に挟まれて前記モータケース端壁に固定され、前記レゾルバ固定プレートは、前記モータケース本体部の内側壁面に設けられた界磁巻線と、前記レゾルバステータとの間に介在することを特徴とする。

また、本発明に係る自動車駆動モータ用レゾルバは、望ましくは、前記モータケース端壁は、前記モータケースの内側に突出し前記シャフト穴を囲む環状の突起部を有し、前記レゾルバ固定プレートは、前記突起部を覆う凹みを有し、この凹みが界磁巻線と前記レゾルバステータとの間に介在する。

本発明によれば、レゾルバから出力される誤差成分を低減することができると共に、モータを小型化することができる。

図１に本発明の実施形態に係る車両駆動用モータのシャフト延伸方向断面図を示す。モータケース１０は、円筒状に形成されたモータケース本体部１２と、モータケース本体部１２の開口を塞ぐモータケース端壁１４を備えて構成される。モータケース端壁１４は、モータケース本体部１２の開口とほぼ同一形状に形成される。モータケース本体部１２およびモータケース端壁１４は、アルミニウム等の非磁性材料で形成することが好適である。ここでは、モータケース本体部１２の形状を円筒形状としているが、内側の壁面が円筒形状であれば、外側は任意の形状とすることができる。

図２にモータケース端壁１４をモータケース１０の内側から見た図を示す。モータケース端壁１４の中心には、モータシャフト５０を貫通させるためのシャフト穴１６が設けられる。シャフト穴１６の壁面には、モータシャフト５０の回転を滑らかにするためのベアリング機構１８が設けられる。モータケース端壁１４の内側面には、シャフト穴１６を中心とする円環形状のレゾルバ用環状突起２０が形成される。レゾルバ用環状突起２０の内周の角はレゾルバステータ３２をはめ込むための切り欠きを有し、この切り欠きによって円環形状のレゾルバ取り付け面２２およびレゾルバガイド面２４が形成される。また、レゾルバ用環状突起２０の外周の角には、レゾルバ固定プレート３８による磁気遮蔽効果を高めるための遮蔽壁２６が形成される。レゾルバ用環状突起２０の外側には、レゾルバ固定プレート３８を固定するためのねじ切りボルト穴が設けられる。図２の例では、シャフト穴１６を中心に１２０°間隔でねじ切りボルト穴２８−１〜２８−３が設けられている。

図３にレゾルバセンサ部３０の構成を示す。レゾルバセンサ部３０は、レゾルバステータ３２およびレゾルバコイル３４−Ａ〜３４−Ｃを備えて構成される。レゾルバステータ３２は磁性材料によって形成され、円環部３２−１、および円環部３２−１の内側に所定の角度間隔を以て配置されたコイル芯部３２−２Ａ〜３２−２Ｃを備えて構成される。磁性材料としては、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ等の軟磁性材料が好適である。図３の例では、コイル芯部３２−２Ａ〜３２−２Ｃは９０°の間隔を以て配置される。レゾルバコイル３４−Ａ〜３４−Ｃは、それぞれ、コイル芯部３２−２Ａ〜３２−２Ｃに巻き付けられた導線３６によって構成される。レゾルバコイル３４−Ａは回転子５４の回転角度を検出するための磁界を発生させるために用いられる。レゾルバコイル３４−Ｂおよび３４−Ｃは、レゾルバロータ５２によって変調を受けた磁界による誘導起電力を検出信号として出力するために用いられる。レゾルバステータ３２は、モータケース端壁１４においてレゾルバ取り付け面２２およびレゾルバガイド面２４がなす切り欠きにはめ込まれる。

図４にレゾルバ固定プレート３８の構成を示す。図４（ａ）はモータケース端壁１４に接しない側からレゾルバ固定プレート３８を見た図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の直線ＡＢから右側を見た断面図である。レゾルバ固定プレート３８は磁性材料によって円環形状に形成される。磁性材料としては、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ等の軟磁性材料が好適である。レゾルバ固定プレート３８のプレート本体部４０は、遮蔽壁２６に覆い被さるよう、レゾルバ固定プレート３８の円環形状に沿って凹ませた形状を有する。図１および図４（ｂ）では、プレート本体部４０は、レゾルバ固定プレート３８の円環形状に沿ってＵ字型に凹ませた形状を有する。

レゾルバ固定プレート３８の内周には、レゾルバステータ３２をモータケース端壁１４に押さえつけるためのレゾルバ押さえフランジ４２が形成される。レゾルバ押さえフランジ４２の幅は、レゾルバステータ３２の円環部３２−１の幅とほぼ同一とするか、円環部３２−１の幅より狭くする。また、レゾルバ固定プレート３８の外周には、レゾルバ固定プレート３８をモータケース端壁１４に固定するためのプレート固定用フランジ４４が形成される。プレート固定用フランジ４４には、ボルト５６を貫通させるためのボルト穴が設けられる。図４の例では、１２０°間隔でボルト穴４４−１〜４４−３が設けられている。

レゾルバ固定プレート３８は、レゾルバ押さえフランジ４２がレゾルバステータ３２の円環部３２−１と中心を同じくして重なり、プレート固定用フランジ４４がモータケース端壁１４の内側面に接し、さらに、ボルト穴４４−１〜４４−３が、それぞれ、ねじ切りボルト穴２８−１〜２８−３に重なるよう、モータケース端壁１４に取り付けられる。レゾルバ固定プレート３８は、ボルト穴４４−１〜４４−３を貫通するボルト５６を、それぞれ、モータケース端壁１４のねじ切りボルト穴２８−１〜２８−３に締め付けることによってモータケース１０に固定される。

このような構成によれば、レゾルバステータ３２は、レゾルバ取り付け面２２およびレゾルバガイド面２４がなす切り欠きにはめ込まれた状態で、レゾルバ押さえフランジ４２とモータケース端壁１４との間に挟まれる。これによって、レゾルバセンサ部３０をモータケース１０に固定することができる。

モータシャフト５０はシャフト穴１６を貫通する。モータシャフト５０はアルミニウム等の非磁性材料によって形成される。モータシャフト５０におけるレゾルバステータ３２の中心位置にはレゾルバロータ５２が取り付けられる。レゾルバロータ５２はフェライト等の磁性材料によって形成される。図６はレゾルバロータ５２をモータシャフト５０の延伸方向から見た図である。図６に示すように、レゾルバロータ５２は、モータシャフト５０を中心軸として回転非対称な形状を有する。

図５にモータシャフト５０に垂直な面における車両駆動用モータの断面図を示す。モータケース本体部１２の内側壁面には、所定の角度間隔を以て界磁巻線芯が取り付けられる。図５の例では界磁巻線芯４６−１〜４６−３が、モータシャフト５０を中心に１２０°の間隔を隔てて配置されている。界磁巻線芯４６−１〜４６−３は、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ等の軟磁性材料で形成することが好適である。

界磁巻線４８−１〜４８−３は、それぞれ、界磁巻線芯４６−１〜４６−３に巻き付けられた導線によって構成される。界磁巻線芯は、界磁巻線のレゾルバに近い側の端とレゾルバステータ３２との間にレゾルバ固定プレート３８が介在するよう配置される。

界磁巻線４８−１〜４８−３に囲まれるモータシャフト５０の位置には円柱形状の回転子５４が取り付けられる。回転子５４には、外周に所定の角度間隔を以て磁極が現れるよう、永久磁石（図示せず）が取り付けられる。永久磁石は、界磁巻線４８−１〜４８−３から発せられた磁界によって力を受け、回転子５４にトルクを発生させる。回転子５４のトルクはモータシャフト５０に伝えられる。

本実施形態に係る車両駆動用モータでは、モータケース端壁１４の内側面のレゾルバ用環状突起２０に遮蔽壁２６が設けられる。また、遮蔽壁２６はレゾルバ固定プレート３８に覆われ、レゾルバ固定プレート３８は磁性材料によって形成される。さらに、レゾルバ固定プレート３８は、界磁巻線４８−１〜４８−３のレゾルバに近い側の端とレゾルバステータ３２との間に介在する。このよう構成によれば、界磁巻線４８−１〜４８−３からレゾルバセンサ部３０に向かう磁界をレゾルバ固定プレート３８によって遮ることができ、界磁巻線４８−１〜４８−３からレゾルバセンサ部３０に到達する磁界を低減することができる。これによって、界磁巻線４８−１〜４８−３とレゾルバセンサ部３０との間の距離を短くすることができ、モータを小型化することができる。また、界磁巻線４８−１〜４８−３が発生する磁界によってレゾルバから出力される誤差成分を低減することができる。

本発明の実施形態に係る車両駆動用モータのシャフト延伸方向断面図である。 モータケース端壁の構成を示す図である。 レゾルバセンサ部の構成を示す図である。 レゾルバ固定プレートの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両駆動用モータのモータシャフトに垂直な面における断面図である。 レゾルバロータの構成を示す図である。

符号の説明

１０ モータケース、１２ モータケース本体部、１４ モータケース端壁、１６ シャフト穴、１８ ベアリング機構、２０ レゾルバ用環状突起、２２ レゾルバ取り付け面、２４ レゾルバガイド面、２６ 遮蔽壁、２８−１〜２８−３ ねじ切りボルト穴、３０ レゾルバセンサ部、３２ レゾルバステータ、３２−１ 円環部、３２−２Ａ，３２−２Ｂ，３２−２Ｃ コイル芯部、３４−Ａ，３４−Ｂ，３４−Ｃ レゾルバコイル、３６ 導線、３８ レゾルバ固定プレート、４０ プレート本体部、４２ レゾルバ押さえフランジ、４４ プレート固定用フランジ、４４−１〜４４−３ ボルト穴、４６−１〜４６−３ 界磁巻線芯、４８−１〜４８−３ 界磁巻線、５０ モータシャフト、５２ レゾルバロータ、５４ 回転子、５６ ボルト。

Claims (2)

1. レゾルバコイルが設けられる環状のレゾルバステータと、
   磁性体の環状板によって形成され前記レゾルバステータをモータケース内に固定するレゾルバ固定プレートと、
   を備え、
   前記モータケースは、
   筒形状の内側壁面を有するモータケース本体部と、
   モータシャフトを貫通させるシャフト穴を有し前記モータケース本体部の開口端を塞ぐモータケース端壁と、
   を備え、
   前記レゾルバ固定プレートおよび前記レゾルバステータは同心状に重ねられ、前記シャフト穴を貫通した前記モータシャフトを囲み、
   前記レゾルバ固定プレートは、
   前記レゾルバステータの外周よりも外側の領域で前記モータケース端壁に接触し、前記レゾルバステータに重なる領域が前記モータケースとの間に前記レゾルバステータを挟むよう、前記モータケース端壁に固定され、
   前記レゾルバステータは、
   前記レゾルバ固定プレートと前記モータケースとの間に挟まれて前記モータケース端壁に固定され、
   前記レゾルバ固定プレートは、
   前記モータケース本体部の内側壁面に設けられた界磁巻線と、前記レゾルバステータとの間に介在することを特徴とする自動車駆動モータ用レゾルバ。
2. 請求項１に記載の自動車駆動モータ用レゾルバであって、
   前記モータケース端壁は、
   前記モータケースの内側に突出し前記シャフト穴を囲む環状の突起部を有し、
   前記レゾルバ固定プレートは、
   前記突起部を覆う凹みを有し、この凹みが界磁巻線と前記レゾルバステータとの間に介在することを特徴とする自動車駆動モータ用レゾルバ。

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