JP5885678B2

JP5885678B2 - レゾルバを備えた電動機及びレゾルバ付きグリース交換形電動機

Info

Publication number: JP5885678B2
Application number: JP2013002218A
Authority: JP
Inventors: 三好　努; 努三好; 健司矢島
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: EP2945265B1; JP2014135834A; EP2945265A1; CN104919684A; EP2945265A4; WO2014109171A1; CN104919684B

Description

本発明は、レゾルバを備えた電動機及びレゾルバ付きグリース交換形の電動機に関し、特に電動機本体から漏洩する磁束によりレゾルバが影響を受けないような改良された構造を備えたものに関する。

例えば、特許文献１に示すように、電動機や発電機の回転機械の回転位置を検出する検出装置の一つとしてレゾルバがある。現在では、高温、低温、振動が悪条件の下で使用されるハイブリッド自動車用電動機の回転位置検出装置として耐環境性に優れたレゾルバが使用されている。レゾルバは、回転精度を得るために軸受の近傍に設置されるが、軸受にはグリースが封入されたシールド軸受や油潤滑された軸受が使用されている場合が多い。

一方、電動機の軸受には多くの場合グリース封入された軸受が使用されるが、グリースには寿命があり、荷重、温度、回転速度によって決定づけられる。電動機の使用環境によっては軸受のグリース寿命が電動機を構成する部品の中で最も短くなる場合があり、グリース封入された軸受では電動機を分解して軸受を頻繁に交換することになりメンテナンス性が悪いため、グリースが寿命になる前に新しいグリースを補給し、古いグリースを排出するような構造とした、グリース交換形の電動機が産業用電動機で製品化されている。

しかし、ハイブリッド自動車に代表される自動車用電動機においては、グリース交換形の電動機が採用されていない。電動機の設置場所は車体の下や、内部であり容易に人間の手がアクセスできない場所に搭載されるため、電動機に設けられたグリース補給口や排出口へのアクセスが困難であり、メンテナンス性に欠けることがその理由の一つと考える。しかしながら、油潤滑ができない車両も存在するので、グリース交換形構造を持ってレゾルバを搭載した電動機が必要になってきているが、グリース交換形の構造は複雑で、寸法も大きく、さらに軸受近傍にレゾルバを搭載すると、電動機寸法が大きくなってしまうものであった。

特開２００１−７８３９３号公報

電動機が発生する磁束の一部は漏れ磁束としてモータハウジング、ブラケットを通過する磁気回路を形成する。従って、レゾルバを備えた電動機において、レゾルバは電動機が発生するような強力な磁界に影響を受けやすいという欠点がある。つまり、レゾルバを軸受近傍に取り付けると、電動機の漏れ磁束がレゾルバステータを通過し、レゾルバの励磁コイルが発生する微弱な磁束に悪影響を及ぼしやすく、結果として出力信号にノイズとしてのってしまい、回転位置の誤検出、回転速度の誤検出などを招き、電動機の速度制御が安定せず、最悪は回転しないといった不具合を生じる。従来、漏れ磁束の影響を受けないようにするには、レゾルバをブラケットから離した位置に設置して漏れ磁束が通過しないようにすれば上記の問題は防げるが、電動機全体の寸法増大を招くものであった。

これに対処する別の方法として、ブラケットを非磁性の材質、例えばアルミニウムとすれば漏れ磁束を遮断できると考えられるが、鉄に比べるとアルミニウムは強度的に弱いため、同程度の強度を得るには材料の厚みを増やしたりすることで強度確保するなどで寸法が大きくなる。また熱膨張係数が鉄とアルミで異なるため、温度変化が大きいと材料間の寸法変位が大きく問題となるなどの欠点もある。また、オーステナイト系ステンレスは強度的にも強い非磁性体であるが鋳鉄に比べると材料の価格が高いため論外である。また、レゾルバ全体を囲い、磁気遮蔽して外部の磁束影響を受けないようにする方法が考えられるが、いずれの方法も電動機の寸法増大やコスト増につながるものである。今回の開発においては、レゾルバ全体を非磁性材質で囲むことにより、電動機から発生する漏れ磁束からの悪影響を防止しようとしても、漏れ磁束の行き場が失われてしまい根本的な解決手段とはなっていないことが分かった。

本発明によれば、回転検出器としてレゾルバを搭載し、電動機本体が漏れ磁束を通す磁性体材料で構成されていても、電動機の漏れ磁束の影響を受けずに回転位置、速度を精度良く検出することができ、かつ、電動機サイズが大きくならないように配慮した、グリース交換形のレゾルバ付き電動機を提供することにある。

本発明は、電動機の回転軸をエンドブラケットで軸支するとともに、このエンドブラケットにはレゾルバベースプレートにてレゾルバステータを支持し、レゾルバロータアダプタにてレゾルバロータを支持するよう構成されたレゾルバ付きの電動機であって、前記回転軸を軸支する前記エンドブラケットの材質は磁性材料から構成し、前記レゾルバを支持する前記レゾルバベースプレート及びレゾルバロータアダプタの材質は非磁性材料から構成することにより、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けたことを特徴とする。

さらに、本発明は、電動機からの漏洩磁束を前記レゾルバに対して遮るように、非磁性材料から成る前記レゾルバベースプレートと前記レゾルバロータアダプタを電動機側に配置したことを特徴とする。

さらに、本発明は、前記エンドブラケットに前記回転軸を軸支する磁性材料から成る軸受を設け、この軸受は、前記レゾルバベースプレートと前記レゾルバロータアダプタよりも電動機側に配置し、この軸受によって前記磁気バイパスを電動機側に構成したことを特徴とする。

さらに、本発明は、前記電動機によって駆動される被駆動装置の取付座が磁性材料から成り、この取付座を、前記レゾルバベースプレート及び前記レゾルバロータアダプタに対してエンドブラケットより外側に配置し、この取付座によって前記磁気バイパスを構成したことを特徴とする。

さらに、本発明は、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けることにより、前記レゾルバが受ける漏洩磁束を０．１テスラ以下としたこと特徴とする。

さらに、本発明は、前記電動機の磁極位置とレゾルバの位相を合わせ、調整可能なように前記レゾルバベースプレートを前記エンドブラケットへ固定するボルト穴は、円周方向に移動が可能なように長穴としてあり、角度を調整できるように回転可能に構成したことを特徴とする。

また、本発明は、電動機の回転軸をエンドブラケットで軸支するとともに、このエンドブラケットにはレゾルバベースプレートにてレゾルバステータを支持し、レゾルバロータアダプタにてレゾルバロータを支持するよう構成されたレゾルバ付きの電動機であって、前記回転軸を軸支する前記エンドブラケットの材質は磁性材料から構成し、前記レゾルバを支持する前記レゾルバベースプレート及びレゾルバロータアダプタの材質は非磁性材料から構成することにより、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けたレゾルバ付き電動機において、軸受の潤滑方式がグリース交換形となっている電動機であって、前記レゾルバステータを固定する前記レゾルバベースプレートは、前記レゾルバロータアダプタに対して互いに組み合わさることでラビリンス構造を形成しグリースが外部に漏れ出すことを防止するように構成されたことを特徴とする。

さらに、本発明は、前記レゾルバベースプレートに排出されたグリースを前記エンドブラケットの排出口へと導く切り欠きが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、電動機本体から漏洩する磁束が非磁性材料によって構成されたレゾルバの支持部材でシールドし、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けることにより、レゾルバが受ける漏洩する磁束による影響をより少なくすることができる。また、グリース交換形とレゾルバ付きでありながらも部品点数の増加を抑え、電動機全体を小型化することが可能となる。

さらに、レゾルバの支持部材であるベースプレートはレゾルバステータを固定するだけであるから、特段の、機械強度を考慮する必要はなく、非磁性材料の中で最も安価な材料を選択することができるとともに、機械強度が必要な電動機の主構造体には機械強度の強い鋳鉄、鋼板などが使用でき、磁性、非磁性を問わず最適な材料を選択することができるようになる。

本発明の実施形態を示す電動機のレゾルバ周辺部の断面図。本発明の実施形態を示す部品を分解した図。本発明の実施形態を示すレゾルバベースプレートの図。本発明の他の実施形態を示す電動機のレゾルバ周辺部の断面図。

図１は、本実施例におけるグリース交換形電動機の一部を示した構成図の例である。
回転軸２の右側には、図示しない電動機の固定子、回転子がある。

固定子は図示していないフレームにて支持されており、そのフレームへエンドブラケット１が固定されている。エンドブラケット１には回転軸２が回転可能なように軸受４が固定されており、エンドブラケット１の外側には非磁性のレゾルバベースプレート５が固定ボルト８によって固定され、さらにその外側にレゾルバステータ７ａが固定ボルト９により固定される。回転軸２には軸受４の左側に位置して非磁性のレゾルバロータアダプタ６が固定され、このレゾルバロータアダプタ６にレゾルバロータ７ｂが抜け止め部品１０および固定ボルト１１で固定される。

エンドブラケット１は軸受４へグリースを補給するための補給口１ａと、グリース排出口１ｂとが備えてあり、レゾルバベースプレート５には、グリースをエンドブラケット１の排出口１ｂへと導く、切り欠き１６が設けられており、補給口１ａからグリースを補給すれば、グリースが軸受４の内部にある古いグリースを押し出し、レゾルバベースプレート５の切り欠き１６を通ってグリース排出口１ｂから排出される。このときレゾルバへ向かってグリースが押し出されるが、レゾルバベースプレート５とレゾルバロータアダプタ６はラビリンス形状にて組み合わされており、ラビリング効果によってグリースはレゾルバ側へ漏れ出さないようにしてある。

グリースがレゾルバ側へ漏れ出さない構造をより詳細に説明すると、図１に示すように、レゾルバベースプレート５とレゾルバロータアダプタ６にそれぞれ凹溝５ａ，６aを形成し、そのレゾルバベースプレート５の凹溝５ａにレゾルバロータアダプタ６の周縁に形成する環状突部６ｂが僅かなクリアランスを保って嵌入し、さらに、レゾルバロータアダプタ６の凹溝６ａにレゾルバベースプレート５の周縁に形成する環状突部５ｂが僅かなクリアランスを保って嵌入して組み合わされている。これにより、レゾルバベースプレート５とレゾルバロータアダプタ６との隙間がラビリンス形状となる。

また、図２に示すように、レゾルバベースプレート５には、エンドブラケット１へ固定するため固定ボルト９の通す長穴１２が形成されている。これにより、エンドブラケット１にレゾルバベースプレート５を介してレゾルバステータ７ａを固定する際、レゾルバステータ７ａを円周方向に移動が可能となり、電動機の磁極位置とレゾルバステータ７ａの位相を合わせることができる。

電動機が回転する際、固定子および回転子から磁束が発生し、磁束の一部は回転軸２を伝わってレゾルバロータ７ｂへ、フレーム（図示せず）、エンドブラケット１を伝わりレゾルバステータ７ａへと磁束が流れ込もうとするが、これらの漏洩磁束を非磁性の材質であるレゾルバロータアダプタ６、レゾルバベースプレート５で漏洩磁束を遮断するので、レゾルバへ入り込む電動機の漏洩磁束を低減または無くすことができる。具体的には漏洩磁束の対策前では０．１８８テスラであったが、レゾルバロータアダプタ６、レゾルバベースプレート５を非磁性の材質で成形した対策後はレゾルバへ入り込む電動機の漏洩磁束が０．１テスラ以下まで抑えることが実験結果により得られた。

また、レゾルバを構成するレゾルバステータ７ａとレゾルバロータ７ｂの周囲を非磁性材料で完全に覆うより、レゾルバステータ７ａとレゾルバロータ７ｂと電動機との間に非磁性材料から成るレゾルバロータアダプタ６、レゾルバベースプレート５を介在させた方が漏洩磁束の低減には効果的であることが実験結果により明らかとなった。すなわち、非磁性材料であるレゾルバロータアダプタ６、レゾルバベースプレート５と電動機との間に磁性材料から成る軸受４を介在させることにより、図１に示すように、電動機の固定子および回転子から磁束の一部がエンドブラケット１と軸受４に流れ、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁気バイパスＡとなると考えられる。このように、電動機とレゾルバステータ７ａとレゾルバロータ７ｂとの間に磁性材料からなる磁気バイパスａを形成することにより、漏洩磁束の低減効果を高めることができる。

なお、図１では、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁気バイパスａとして非磁性材料からなるレゾルバロータアダプタ６、レゾルバベースプレート５の電動機側に配置した軸受４によって形成した例を示しているが、図４に示すように、電動機によって駆動される例えばポンプなどの被駆動装置の取付座２０を磁性材料によって形成し、この取付座２０によって磁気バイパスｂを形成するようにしてもよい。すなわち、この例では、電動機と反対側に位置するエンドブラケット１の外側に固定し、磁性材料から成る取付座２０を固定しており、磁気バイパスｂを形成する側は、電動機側に限らず電動機とは反対側に形成しても漏洩磁束の低減効果を高めることができる。さらに、電動機側及びその反対側の双方に磁気バイパスを形成するようにしてもよい。

１エンドブラケット
２シャフト
３軸受カバー
４軸受
５レゾルバベースプレート
６レゾルバロータアダプタ
７ａレゾルバステータ
７ｂレゾルバロータ
８ベースプレート固定ボルト
９レゾルバステータ固定ボルト
１０レゾルバロータ押え板
１１レゾルバロータ押え板固定ボルト
１ａグリース補給口
１ｂグリース排出口

Claims

電動機の回転軸をエンドブラケットで軸支するとともに、このエンドブラケットにはレゾルバベースプレートにてレゾルバステータを支持し、レゾルバロータアダプタにてレゾルバロータを支持するよう構成されたレゾルバ付きの電動機であって、前記回転軸を軸支する前記エンドブラケットの材質は磁性材料から構成し、前記レゾルバを支持する前記レゾルバベースプレート及びレゾルバロータアダプタの材質は非磁性材料から構成することにより、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けたことを特徴とするレゾルバ付き電動機。
電動機からの漏洩磁束を前記レゾルバに対して遮るように、非磁性材料から成る前記レゾルバベースプレートと前記レゾルバロータアダプタを電動機側に配置したことを特徴とする請求項１記載のレゾルバ付き電動機。
前記エンドブラケットに前記回転軸を軸支する磁性材料から成る軸受を設け、この軸受は、前記レゾルバベースプレートと前記レゾルバロータアダプタよりも電動機側に配置し、この軸受によって前記磁気バイパスを電動機側に構成したことを特徴とする請求項２記載のレゾルバ付き電動機。
前記電動機によって駆動される被駆動装置の取付座が磁性材料から成り、この取付座を、前記レゾルバベースプレート及び前記レゾルバロータアダプタに対してエンドブラケットより外側に配置し、この取付座によって前記磁気バイパスを構成したことを特徴とする請求項２又は３記載のレゾルバ付き電動機。
電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けることにより、前記レゾルバが受ける漏洩磁束を０．１テスラ以下としたこと特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のレゾルバ付き電動機。
前記電動機の磁極位置とレゾルバの位相を合わせ、調整可能なように前記レゾルバベースプレートを前記エンドブラケットへ固定するボルト穴は、円周方向に移動が可能なように長穴としてあり、角度を調整できるように回転可能に構成したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のレゾルバ付き電動機。
電動機の回転軸をエンドブラケットで軸支するとともに、このエンドブラケットにはレゾルバベースプレートにてレゾルバステータを支持し、レゾルバロータアダプタにてレゾルバロータを支持するよう構成されたレゾルバ付きの電動機であって、前記回転軸を軸支する前記エンドブラケットの材質は磁性材料から構成し、前記レゾルバを支持する前記レゾルバベースプレート及びレゾルバロータアダプタの材質は非磁性材料から構成することにより、電動機からの漏洩磁束を迂回させる磁性材料から成る磁気バイパスを設けたレゾルバ付き電動機において、軸受の潤滑方式がグリース交換形となっている電動機であって、
前記レゾルバステータを固定する前記レゾルバベースプレートは、前記レゾルバロータアダプタに対して互いに組み合わさることでラビリンス構造を形成しグリースが外部に漏れ出すことを防止するように構成されたことを特徴とするレゾルバ付きグリース交換形電動機。
前記レゾルバベースプレートに排出されたグリースを前記エンドブラケットの排出口へと導く切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項７記載のレゾルバ付きグリース交換形電動機。