JP5842665B2 - レゾルバステータの固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータの回転位置を検出するレゾルバのステータを、回転電機のステータ側の構造部材に固定するための構造に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。

回転電機には、ロータの回転位置を検知するために、レゾルバを備えるものがある。レゾルバは、回転電機のロータ側の構造部材、つまりロータと一体に回転する構造部材に装着されるレゾルバロータと、回転電機のステータ側の構造部材、つまり固定された構造部材に装着されるレゾルバステータとを含む。レゾルバロータは、例えば回転電機の出力軸に装着され、レゾルバステータは、レゾルバロータを囲むように、例えば回転電機を収めるケースに装着される。

レゾルバロータは、周方向位置において半径寸法が異なり、回転すると、周囲のレゾルバステータ上の任意の点との間隙が周期的に変化する。レゾルバは、この間隙を測定して回転電機のロータの回転位置を検出する。レゾルバロータは鋼等の磁性材料から構成される。また形状は、例えば、楕円や、回転電機の出力軸に偏心して装着された円板である。レゾルバステータは、コアとこれに巻装された一次コイルおよび二次コイルを有する。一次コイルにより二次コイルに誘起される電流は、レゾルバのロータとステータの間隙の変化に応じて変化する。この電流の変化から回転電機のロータの回転位置を検出することができる。レゾルバステータは、一次および二次コイルの周方向位置を回転電機のステータに対して位置決めする必要があり、このため、ノックピン等の位置決め要素が用いられている。

下記特許文献１には、位置決め要素としてキーを用いたレゾルバステータの固定構造が開示されている。

特開２００３−２３７６１号公報

レゾルバステータは、外見から表裏の区別がしにくい。また、ノックピン等の位置決め要素がレゾルバステータの装着後に脱落する可能性がある。本発明は、レゾルバステータの表裏を逆にした装着を防止することと、レゾルバステータの位置決め要素の脱落を抑えることの少なくとも一方を達成することを目的とする。

本発明のレゾルバステータの固定構造は、回転電機のステータ側の構造部材に設けられた台座と、台座に設けられた位置決め要素と、前記台座に装着されるレゾルバステータとを備え、レゾルバステータは、略円環板形状の鋼板を積層して形成されたコアを有する。前記鋼板の、レゾルバステータが台座に装着されたとき台座側に位置する複数枚は、略円環板形状の外周に切り欠きを有し、これらの切り欠きは位置が揃えられて前記位置決め要素を受け入れる受け入れ溝を形成する。受け入れ溝を形成する切り欠きを有する鋼板に隣接する鋼板は受け入れ溝の台座と反対側の端を覆っている。

受け入れ溝の一端をレゾルバステータのコアを構成する一部の鋼板で覆ったことにより、組み付け時に位置決め要素への受け入れ溝の進入が阻止される。また、受け入れ溝を覆った鋼板により位置決め要素が押さえられ、脱落が抑えられる。

レゾルバ周囲の回転電機の断面図である。 レゾルバステータおよびエンドカバーを示す斜視図である。 レゾルバステータの構成を示す断面図である。 レゾルバステータの構成を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、回転電機１０のレゾルバ１２の周囲の構成を示す回転電機の回転軸線を含む断面図である。回転電機は、ロータ１４とステータ１６を含む。ロータ１４とステータ１６は、ケース１８内に収められ、ロータ１４はケース１８に対して回転可能に支持されており、ステータ１６はケース１８に固定されている。ロータ１４は略円柱形状のロータコア２０と、ロータコア２０の円柱軸線と同軸に配置され、これと一体となったロータシャフト２２を有する。ステータ１６は、ロータコア２０の周囲を取り囲むように配置され、ロータコア２０の円柱軸線と同軸に配置された概略円筒形状のステータコア２４と、ステータコア２４に巻装されたステータコイル２６を含む。ステータコア２４は円筒内周面に、周方向に交互に凹部、凸部が配置され、この凸部にコイル導線が巻回されてステータコイル２６が形成されている。この凸部はティース、またティースの間の凹部がスロットと呼ばれている。

ケース１８は、ステータ１６の周囲を囲み、一方の端部が開放しているケース本体２８と、ケース本体２８に固定され、その端部開口を覆うエンドカバー３０を有する。エンドカバー３０には、軸受３２が配置され、この軸受３２によりロータシャフト２２が回転可能に支持されている。

ケースカバー３０の近傍には、レゾルバ１２が設けられている。レゾルバ１２は、ロータシャフト２２に固定されたレゾルバロータ３４と、エンドカバー３０に固定されたレゾルバステータ３６を有する。レゾルバロータ３４は、ロータ１４と一体となって回転する。また、レゾルバロータ３４は、周方向において半径方向の寸法が変化する板形状を有する。さらに、レゾルバロータ３４は、複数枚の磁性鋼板を積層して形成することができる。レゾルバステータ３６は、ステータ１６が固定される構造部材であるケース１８に設けられる。より具体的には、エンドカバー３０に設けられた台座３８に、ボルト等の締結要素により固定される。レゾルバステータ３６は、全体として略円環形状を有し、レゾルバロータ３４の半径方向外側を囲むように配置される。レゾルバステータ３６は、磁性鋼板を積層して形成されたレゾルバステータコア４０と、レゾルバステータコア４０に巻装されたレゾルバコイル４２を有する。レゾルバコイル４２は、一次コイルと、所定の電気角位相をもって配置された二つの二次コイルを有する。一次コイルに交流電力を供給すると、ロータが励磁され、二次コイルに電圧が発生する。前述のように、レゾルバロータ３４は、周方向においてその半径方向寸法が異なる。このために、レゾルバステータ３６上の周方向のある点において、レゾルバロータ３４との間隙は、レゾルバロータの回転と共に変化する。したがって、レゾルバ１２のコイル４２とロータ３４の間の透磁率もレゾルバロータ３４の回転と共に変化し、二次コイルに生じる電圧も同様に回転と共に変化する。この変化に基づき、回転電機のロータ１４の回転位置を算出できる。

レゾルバ１２は、回転電機のステータ１６に対する回転電機のロータ１４の回転位置を検出するものである。よって、回転電機およびレゾルバに各々のステータの位置関係、ロータの位置関係は、精度良く位置合わせされなければならない。このために、この実施形態のステータ側に関して、周方向の位置決めを行うための要素４４が用いられている。位置決め要素は、具体的にはノックピン４４であるが、例えばキーや、台座に一体に設けられた突起とすることもできる。径方向の位置決めは、例えば、レゾルバステータ３６、特にレゾルバステータコア４０と台座３８にインローの構造を設けることにより達成できる。

図２は、レゾルバステータ３６と、これが装着されるエンドカバー３０を示す斜視図である。エンドカバー３０の内面には、台座３８が立設されている。台座３８は、角柱形状であって、３箇所に設けられ、角柱の頂面にてレゾルバステータ３６を担っている。図３では省略されているが、レゾルバステータ３６は、台座３８に設けられたねじ穴にねじ結合するボルトにより固定される。台座３８の一つには、ノックピン４４を挿入するピン穴４６が設けられている。ノックピン４４は、ピン穴４６に圧入されて固定される。台座３８の形状は、この例に限らず、例えばロータシャフト２２を囲む円環形状とすることもできる。

図３，４は、レゾルバステータ３６の構造を示す図であり、図３は図４のＥ−Ｅ線による断面図、図４は図３のＡＢＣＤ線による部分断面図である。レゾルバステータコア４０は、概略円環形状のヨーク部４８と、ヨーク部４８の内周から中心に向けて延びるティースを有する。ティース５０は周方向に、かつ間隔をあけて複数配置され、これによりレゾルバステータコア４０の内周に凹凸が周期的に形成される。ティース５０の間の凹部は、スロットと呼ばれる。スロットに導線を挿入しつつ、ティース５０の周囲に巻回し、レゾルバコイル４２が形成される。レゾルバコイル４２のスロットから出た部分はコイルエンドと呼ばれ、このコイルエンドはコイルエンドカバー５２に覆われている。コイルエンドカバー５２は、図２によく示されるように、ティース５０の先端を露出させている。コイルエンドカバー５２は、例えばレゾルバコイル４２をレゾルバステータコア４０に巻回した後、このコアを成形型内に配置して、インサート成形を行って形成することができる。

レゾルバステータコア４０は、磁性鋼板５４を積層して形成される。磁性鋼板５４は、打ち抜き加工により製作することができ、積層に際しては、周方向にずらしながら重ねる転積を採用することができる。図４に示すように、１周当たり７周期の形状を有するレゾルバステータコア４０の場合は、磁性鋼板５４を重ねるごとに、例えば７分の２周ずつ回転方向にずらして積層を行う。これは、磁性鋼板の透磁率に方向性が残っている可能性を考慮したものである。したがって、前記の「ずらす」は、打ち抜き加工を行う前の、ウエブ状の磁性鋼板の、ウエブの長手方向を、積層に際してずらすことを意味する。

レゾルバステータコア４０の外周には、軸線方向に延び、ノックピン４４を受け入れる受け入れ溝５６が形成されている。ノックピン４４が受け入れ溝５６、特にその側面と係合することにより、レゾルバステータ３６の周方向における位置決めが行われる。受け入れ溝５６は、積層された磁性鋼板５４のうち、台座３８側の複数枚（磁性鋼板５４ａ）に形成された切り欠き５８が揃えられることにより形成される。受け入れ溝５６は、台座３８側の端が開放し、この端からノックピン４４を受け入れることができる。この受け入れ溝５６を形成する切り欠き５８を有する磁性鋼板５４ａに隣接する磁性鋼板５４ｂは、受け入れ溝５６の、台座３８とは反対側の端を覆っている。磁性鋼板５４ｂは、外周に切り欠き５８を有さない形状としてよい。また、図４に示す７個の切り欠き５８のうち、幾つか、例えば１個を設けずに、この部分により受け入れ溝５６の端を覆うようにしてもよい。さらにまた、全ての磁性鋼板５４を、図４に示す７個の切り欠き５８のうち、一部、例えば１個又は２個が埋められた形状として、これらを転積して、レゾルバステータコア４０を形成してもよい。

この実施形態のレゾルバステータ３６においては、磁性鋼板５４ｂは、外周に切り欠きを有さない。このため、レゾルバステータ３６の表裏は視覚的に明確であり、エンドカバー３０に組み付ける際に、表裏を間違えることが防止される。また、表裏を逆に組み付けようとした場合、ノックピン４４が邪魔になって、レゾルバステータ３６を台座３８に載置しても安定せず、作業者が誤組み付けを認識できる。また、組み付け後においては、磁性鋼板５４ｂがノックピン４４の端に位置し、ノックピン４４がピン穴４６から抜けようとしても、その頭を磁性鋼板５４ｂが押さえ、ノックピン４４の脱落が防止される。

この実施形態のレゾルバステータ３６は、受け入れ溝５６を構成しない磁性鋼板は全て周方向におけるノックピン位置において切り欠きを有していない。しかし、受け入れ溝５６に隣接する少なくとも１枚の磁性鋼板を、ノックピン位置において切り欠きがないものとし、これより台座３８の反対側（図３中右側）の磁性鋼板には、切り欠きを設けてもよい。これによれば、レゾルバステータコア４０の表裏に溝形状が形成されるが、それらの溝の回転軸線方向の長さが大きく異なれば、表裏を判定することができる。

１０ 回転電機、１２ レゾルバ、３０ エンドカバー、３４ レゾルバロータ、３６ レゾルバステータ、３８ 台座、４０ レゾルバステータコア、４２ レゾルバコイル、４４ ノックピン、５４ 磁性鋼板、５６ 受け入れ溝、５８ 切り欠き。

Claims (1)

1. 回転電機のステータ側の構造部材に設けられた台座と、
   台座に設けられた位置決め要素と、
   略円環板形状の鋼板が積層されたコアを有し、前記台座に装着されるレゾルバステータと、
   を備え、
   前記鋼板の、前記レゾルバステータが前記台座に装着されたとき前記台座の側に位置する複数枚は、略円環板形状の外周に切り欠きを有し、これらの切り欠きは位置が揃えられて前記位置決め要素を受け入れる受け入れ溝を形成し、前記位置決め要素が前記受け入れ溝に受け入れられることにより前記レゾルバステータが周方向において位置決めされ、前記受け入れ溝を形成する切り欠きを有する鋼板に隣接する前記鋼板は前記受け入れ溝の前記台座と反対側の端を覆っている、
   レゾルバステータの位置決め構造。
   

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