JP6378660B2 - ステータ構造およびレゾルバ - Google Patents

Description

本発明は、コイルカバーを備えたステータ構造に関し、特にレゾルバに好適なステータ構造およびレゾルバに関するものである。

回転角センサとして、レゾルバが知られている。例えば、レゾルバは、環状のヨーク部から内周側に中心に向かって延在する複数のティースを備えたステータコアと、ステータコアの内側においてステータのティース部に対向配置されるロータとから構成される。ティースにはインシュレータを介して巻線が巻回されてコイルを形成している。巻線は、励磁信号を入力する励磁巻線と、ロータの回転角度に応じて２相の信号を出力する２つの検出巻線とで構成されている。検出巻線からは、それぞれｓｉｎθに依存したｓｉｎ信号と、ｃｏｓθに依存したｃｏｓ信号が出力される。レゾルバにおいて、ステータコアの両側に巻線（コイル）を覆う２つのコイルカバーを取り付けた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示される構成では、その図７等にも示されるように、第１コイルカバーには複数の第１支柱部と複数の第１受部とが設けられ、第２コイルカバーには複数の第２支柱部と複数の第２受部とが設けられている。第１、第２支柱部はそれぞれインシュレータが設けられたティースの間の空間（スロット）に延在している。そして、第１、第２コイルカバーがステータコアに取り付けられた後、第２コイルカバーの第２受部が設けられている位置に超音波振動が加えられ、第１コイルカバーの第１支柱部と第２コイルカバーの第２受部とが互いに溶着される。これにより、第１、第２コイルカバーが互いに結合される。

一方、２つのコイルカバーを相互に結合する構成として、係止突起体と係止段部によるスナップフィットを用いる構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に開示されるレゾルバ用のステータ構造では、第１コイルカバーに設けられた係止用突起体が、インシュレータが設けられたティースの間のスロットを貫通して、第２コイルカバーに設けられた筒状突起体と係合することにより、２つのコイルカバーが結合する。このとき、係止用突起体の係止爪が割り溝によって変形または歪みを伴って筒状突起体の輪状テーパー部と係合して貫通した後に、筒状突起体の裏側の係止段部にスナップフィットによって係止される。

特開２００９−１４８０８１号公報 特開２００４−１３５４０２号公報

ところで、レゾルバのステータにおいてより高い信頼性を実現するために、ステータの内周側から異物がコイルに到達することを防止または抑制する必要がある。これを実現するために、ステータの内周側に対するスロットの開口を覆う保護構造を設ける方法がある。このような保護構造は、例えば上記特許文献１、２に記載の支柱部と受部または互いに係止する突起体によっても実現できる。

しかしながら、特許文献１、２の支柱部と受部または突起体は、２つのコイルカバーを結合する構造としても用いられているため、コイルカバーの取り付け時には溶着または係止により互いの位置関係が固定される。したがって、コイルカバーの製造ばらつき等により、支柱部と受部または突起体の位置や大きさに設計からの誤差が生じている場合は、溶着または係止を行った際に、この誤差が保護構造の形状のゆがみとなって現れる場合がある。このようなゆがみは、支柱部と受部または突起体の数が増加するほど発生の可能性およびゆがみの程度が大きくなる。この場合、保護構造のゆがみにより意図しない隙間が発生し、そこからスロットに異物が浸入するおそれがある。これによりレゾルバの信頼性が低下するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より信頼性の高いステータ構造およびレゾルバを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るステータ構造は、第１本体部と前記第１本体部の内周側に延在する複数のティース部とを有し、前記第１本体部の２つの主表面間を貫通するように複数の貫通孔が形成されているステータコアと、インシュレータを介して前記各ティース部に巻回された巻線により構成されているコイルと、を有するステータ部と、前記コイルを前記ステータコアの軸方向から覆う第１コイルカバーおよび第２コイルカバーと、を備え、前記第１コイルカバーは第２本体部から延在する複数の第１保護部と複数の第１係合部とを有し、前記第２コイルカバーは第２本体部から延在する複数の第２保護部と複数の第２係合部とを有し、各第１保護部および各第２保護部は、それぞれ、前記ティース部間に配置されており、同一のティース部間に配置されている第１保護部および第２保護部が、前記軸方向への互いの移動を抑止しない非抑止状態にあり、かつそれぞれの先端部が前記ステータコアの径方向において重畳しており、各第１係合部と各第２係合部とは、各前記貫通孔を通じて互いに係合していることを特徴とする。

本発明の一態様に係るステータ構造は、前記同一のティース部間に配置されている第１保護部および第２保護部は、互いに離間していることを特徴とする。

本発明の一態様に係るステータ構造は、前記各第１保護部、前記各第２保護部のそれぞれの先端部には、前記ステータコアの径方向で互いに向き合う段差を成す段差部が形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るステータ構造は、前記各第１係合部と前記各第２係合部とは、前記各貫通孔の内部で互いに係合していることを特徴とする。

本発明の一態様に係るステータ構造は、前記第１保護部および前記第２保護部は、互いに向かい合う傾斜面を有していることを特徴とする。

本発明の一態様に係るステータ構造は、前記同一のティース部間に配置されている第１保護部および第２保護部は、互いに離間していることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレゾルバは、上記ステータ構造を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、より信頼性の高いステータ構造およびレゾルバを実現することができる。

図１は、実施形態に係るレゾルバの模式的な分解斜視図である。 図２は、図１に示すレゾルバのＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１に示すレゾルバのＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、第１コイルカバーの模式的な斜視図である。 図５は、第２コイルカバーの模式的な斜視図である。 図６は、第１保護部、第２保護部およびインシュレータの突出部を説明する図である。 図７は、第１保護部および第２保護部の別の形状を説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るステータ構造およびレゾルバの実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るレゾルバの模式的な分解斜視図である。図２、３は、それぞれ図１に示すレゾルバのＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。図１〜３に示すように、レゾルバ１００は、ロータ１と、ステータ部２と、第１コイルカバー３と、第２コイルカバー４とを備えているＶＲ（バリアブルリラクタンス）型レゾルバである。ステータ部２と、第１コイルカバー３と、第２コイルカバー４とは、ステータ構造２０を構成している。すなわち、レゾルバ１００はステータ構造２０を備えている。

ロータ１は、電磁鋼板等の鋼板を複数枚積層した積層構造を有しており、図示しないモータの回転軸に装着され、ステータ部２の内側に配置されている。

ステータ部２は、ステータコア５と、インシュレータ６と、コイル７とを備えている。ステータコア５は、電磁鋼板等の鋼板を複数枚積層した積層構造を有しており、環状の第１本体部８と、第１本体部８の内周側に第１本体部８の中心に向かって延在する複数のティース部９とを有している。本実施形態では、ステータコア５は１０個のティース部９を有しているが、その数は特に限定されない。ティース部９は第１本体部８の周方向において等角度間隔で配置されている。また、第１本体部８には、その２つの主表面間を貫通するように複数の貫通孔８ａが形成されている。貫通孔８ａは後述するインシュレータ６が設けられた第１本体部８の表面よりも外周側に位置している。本実施形態では、貫通孔８ａは５個形成されているが、その数は特に限定されない。また、本実施形態では、貫通孔８ａは第１本体部８の周方向において等角度間隔で配置されている。以下、図１〜３に示すように、ステータコア５の軸方向と径方向とを規定する。なお、軸方向はロータ１に接続されたモータの回転軸の軸方向と一致し、径方向はこの軸方向と直交する方向と一致する。

インシュレータ６は、絶縁性材料である樹脂からなり、第１インシュレータ１０と第２インシュレータ１１とで構成されている。第１インシュレータ１０と第２インシュレータ１１とは、それぞれステータコア５の軸方向の両側の表面に形成されている。特に、第１インシュレータ１０と第２インシュレータ１１とは、各ティース部９の４つの側面９ａ（図２、６参照）を覆うように形成されているとともに、各ティース部９の先端面９ｂ側においてティース部９の延在方向（径方向）と交差する方向（本実施形態では直交する方向）に突出する突出部１０ａ、１１ａをそれぞれ有する。第１インシュレータ１０と第２インシュレータ１１とは、樹脂の射出成型にて成形することができる。
コイル７は、第１インシュレータ１０と第２インシュレータ１１とを介して各ティース部９に巻回された巻線により構成されている。

また、第１インシュレータ１０はステータコア５の径方向外向きに延在する端子台部１２を備える。端子台部１２には複数（本実施形態では６本）の端子１３が植設され、メス型のコネクタハウジング１４も形成されている。端子台部１２は第１インシュレータ１０と同時に成形することができる。各端子１３の一方端には、対応するコイル７を構成する巻線の末端が結びつけられており、各端子１３の他方端はコネクタハウジング１４の内部に突出している。各端子１３の他方端は外部コネクタと接続される。

各ティース部９の間には空間（スロット）１５が形成される。このスロット１５は、第１コイルカバー３と第２コイルカバー４とが装着されていないときには各ティース部９の突出部１０ａ、１１ａの間の開口を通じてステータコア５の内側と連通する。

つぎに、第１コイルカバー３および第２コイルカバー４について説明する。第１コイルカバー３および第２コイルカバー４は、その構成材料は限定されないが、本実施形態では樹脂からなり、たとえば樹脂の射出成型にて成形される。樹脂としてはたとえば絶縁性樹脂を用いることができる。第１コイルカバー３および第２コイルカバー４は、ステータ部２のコイル７をステータコア５の軸方向の両側から覆うようにしてステータ部２に装着される。

図４は、第１コイルカバー３の模式的な斜視図であり、図５は、第２コイルカバー４の模式的な斜視図である。第１コイルカバー３は、第２本体部３ａが全体的に環状であり、本体部３ａは外周縁に軸方向に延在する外周壁３ｂを備え、外周壁３ｂの一部には上述した端子台部１２を覆う端子台カバー部３ｃを備えている。

第１コイルカバー３は、第２本体部３ａに設けられ、外周壁３ｂから軸方向に延在する複数（本実施形態では５個）の板状の第１係合部３ｄを備え、第１係合部３ｄの先端には開口３ｆが形成されている。本実施形態では、第１係合部３ｄは第１コイルカバー３の周方向において等角度間隔で配置されている。また第１コイルカバー３は、第２本体部３ａの内周縁から第１係合部３ｄと同じく軸方向に延在する複数（本実施形態では１０個）の板状の第１保護部３ｅを備えている。本実施形態では、第１保護部３ｅは第１コイルカバー３の周方向において等角度間隔で配置されている。また、第１保護部３ｅは第２本体部３ａ側に向かって周方向で徐々に幅広になっているが、これについては後に詳述する。

第２コイルカバー４は、第２本体部４ａが全体的に環状であり、第２本体部４ａは外周縁に軸方向に延在する外周壁４ｂを備えている。第２コイルカバー４の第２本体部４ａの内径、外径は第１コイルカバー３の第２本体部３ａの外径、内径とそれぞれ略同じである。

また、第２コイルカバー４は、第２本体部４ａに設けられ、外周壁４ｂから軸方向に延在する複数（本実施形態では５個）の板状の第２係合部４ｄを備え、第２係合部４ｄの先端には係合爪４ｆが形成されている。本実施形態では、第２係合部４ｄは第２コイルカバー４の周方向において等角度間隔で配置されている。また第２コイルカバー４は、第２本体部４ａの内周縁から第２係合部４ｄと同じく軸方向に延在する複数（本実施形態では１０個）の板状の第２保護部４ｅを備えている。本実施形態では、第２保護部４ｅは第２コイルカバー４の周方向において等角度間隔で配置されている。また、第２保護部４ｅは第２本体部４ａ側に向かって周方向で徐々に幅広になっているが、これについては後に詳述する。

ここで、第１コイルカバー３および第２コイルカバー４をステータ部２に装着する際には、第１コイルカバー３と第２コイルカバー４とを軸方向の両側からステータ部２に近づけ、第１コイルカバー３の各第１保護部３ｅを各ティース部９の突出部１０ａの間に挿入し、第２コイルカバー４の各第２保護部４ｅを各ティース部９の突出部１１ａの間に挿入する。これと同時に、第１コイルカバー３の各第１係合部３ｄと第２コイルカバー４の各第２係合部４ｄとをステータコア５の第１本体部８の各貫通孔８ａに挿入し、各貫通孔８ａを通じて各第１係合部３ｄの開口３ｆに各第２係合部４ｄの係合爪４ｆを係合させる（図２参照）。

これにより、第１コイルカバー３と第２コイルカバー４とが、各第１係合部３ｄと各第２係合部４ｄとによって結合される。さらに、図６に示すように、各第１保護部３ｅおよび各第２保護部４ｅは、各各ティース部９の突出部１０ａ間、各各ティース部９の突出部１１ａ間にそれぞれ配置される。これにより各スロット１５は、各第１保護部３ｅおよび各第２保護部４ｅによってステータコア５の内側に対して塞がれる。

第１コイルカバー３および第２コイルカバー４のステータ部２への装着は、係合爪４ｆと開口３ｆとの係合によって容易に行うことができる。また、図２にも示すように、本実施形態では、各第１係合部３ｄと各第２係合部４ｄとは、各貫通孔８ａの内部で互いに係合しているので、第１コイルカバー３および第２コイルカバー４は装着後に外れにくくなる。

第１コイルカバー３および第２コイルカバー４をステータ部２に装着することによって、コイル７および端子台部１２が覆われる。これにより、コイル７、コイル７を構成する巻線および端子台部１２が露出しないため、コイル７、コイル７を構成する巻線および端子１３の損傷が防止される。

ここで、図６に示すように各突出部１０ａ、１１ａは半長円状の外形状を有しており、これを合わせると長円状の外形状となる。また、上述したように、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅは、それぞれ第２本体部３ａ、４ａ側に向かって周方向で徐々に幅広になっている。これにより、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅは、各突出部１０ａ、１１ａの外形状に沿った形状の外形状を有するようになっている。その結果、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅと、各突出部１０ａ、１１ａとの間の隙間を狭くできる。

さらには、図３〜５にも示すように、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅのそれぞれの先端部には、ステータコア５の径方向で互いに向き合う段差を成す段差部３ｇ、４ｇが形成されている。これにより、段差部３ｇ、４ｇは互いに入れ子の状態で配置されることとなり、同一のティース部９間に配置され、同一のスロット１５に対応する第１保護部３ｅおよび第２保護部４ｅは、互いにわずかな間隔で離間しつつ、ステータコア５の径方向において互いに重畳する。

このように、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅのそれぞれの先端部がステータコア５の径方向において互いに重畳している。そのため、この重畳した部分では、ステータコア５の内周側からはスロット１５が直接見えない構造となっている。その結果、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅが互いにわずかに離間して間隙が有りながらも、ステータコア５の内周側からスロット１５への異物の侵入が抑制または防止される。また、段差部３ｇ、４ｇにより間隙がラビリンス状になるため、異物の侵入の抑制または防止の効果がさらに高まる。

また、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅは、互いにわずかに離間しているため、それぞれに軸方向で互いに向き合う方向に力が掛けられても、軸方向への互いの移動を抑止しない非抑止状態にある。このことは、仮に各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅの位置や大きさに設計からの誤差があったとしても、各第１係合部３ｄと各第２係合部４ｄとを係合させるまで、および係合させたときに、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅの軸方向への互いの移動が抑止されないことを意味する。その結果、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅの軸方向への互いの移動が抑止されるため、応力がかかり各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅがゆがむという状態の発生が抑制または防止される。これにより、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅと、各突出部１０ａ、１１ａとの間の隙間が狭い状態が維持される。その結果、この隙間からのスロット１５への異物の侵入も抑制または防止される。なお、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅの離間の間隔は、レゾルバ１００を構成する各構成部品の寸法の製造誤差、設計の公差、またはレゾルバ１００が使用される温度環境下における熱による膨張や収縮の程度を考慮して、設計することが好ましい。

本実施形態に係るレゾルバ１００では、上記の構成を有するステータ構造２０を備えていることにより、スロット１５への異物の侵入が抑制または防止されるので、より信頼性が高いレゾルバとなる。

（第１保護部、第２保護部の別の形状）
上記実施形態では、各第１保護部３ｅ、各第２保護部４ｅのそれぞれの先端部に、ステータコア５の径方向で互いに向き合う段差を成す段差部３ｇ、４ｇが形成されている。しかしながら、第１保護部、第２保護部の形状はこれに限られない。

図７は、第１保護部および第２保護部の別の形状を説明する図である。図７に示す板状の第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈは、それぞれの先端部に、ステータコア５の径方向で互いに向き合う傾斜面３ｉ、４ｉが形成されている。また、第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈは互いにわずかに離間している。また、第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈは、各突出部１０ａ、１１ａの外形状に沿った形状の外形状を有するようになっている。このような形状の第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈであっても、それぞれに軸方向で互いに向き合う方向に力が掛けられても、軸方向への互いの移動を抑止しない非抑止状態にあり、かつそれぞれの先端部がステータコア５の径方向において重畳しているので、スロット１５への異物の侵入が抑制または防止され、より信頼性が高いレゾルバを実現する。

なお、図７に示す第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈの場合、互いの傾斜面３ｉ、４ｉが接触していてもよい。この場合、第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈのそれぞれに軸方向で互いに向き合う方向に力が掛けられると、互いに傾斜面３ｉ、４ｉで摺動するので、軸方向への互いの移動が抑止されないこととなる。また、第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈの板厚はたとえば１ｍｍ程度以下と薄いので、第１保護部３ｈ、第２保護部４ｈが互いに径方向にずれてもそのずれ量はきわめて小さく、ゆがみもほとんど発生しない。

なお、第１保護部および第２保護部は、同一のティース部間に配置されているものが、軸方向への互いの移動を抑止しない非抑止状態にあり、かつそれぞれの先端部がステータコアの径方向において重畳しているものであれば、上記実施形態の形状に限定されない。

また、上記実施形態では、各第１係合部３ｄと各第２係合部４ｄとは、各貫通孔８ａの内部で互いに係合しているが、本発明はこれに限定されず、各貫通孔８ａを通じて各貫通孔８ａの外部で互いに係合するような構成でもよい。なお、第１係合部と第２係合部とが、貫通孔を通じて貫通孔の外部で互いに係合する構成とする場合は、たとえば、第１係合部は第１コイルカバーの第２本体部に直接開口または凹部が設けられて構成されたものであり、第２係合部は貫通孔を貫通してその先端の係合爪が第１係合部の開口または凹部に係合するように延在する構成であってもよい。または、複数の第１係合部および複数の第２係合部が、貫通孔の内部で互いに係合する第１係合部および各第２係合部と、貫通孔を通じて貫通孔の外部で互いに係合する第１係合部および各第２係合部とを含むように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、インシュレータ６は第１インシュレータ１０と第２インシュレータ１１とで構成されているが、インサート成形にてステータコア５にインシュレータ６を一体成形にて形成してもよい。

また、上記実施形態では、第１インシュレータ１０と端子台部１２はインサートモールドにて一体成形しているが、端子台部１２を別体で形成し、これを第１インシュレータ１０に装着した構成でもよい。また、必要に応じてコネクタハウジング１４を形成しない構成としてもよい。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ロータ
２ ステータ部
３ 第１コイルカバー
３ａ、４ａ 第２本体部
３ｂ、４ｂ 外周壁
３ｃ 端子台カバー部
３ｄ 第１係合部
３ｅ 第１保護部
３ｆ 開口
３ｇ、４ｇ 段差部
３ｈ 第１保護部
３ｉ、４ｉ 傾斜面
４ 第２コイルカバー
４ｄ 第２係合部
４ｅ 第２保護部
４ｆ 係合爪
４ｈ 第２保護部
５ ステータコア
６ インシュレータ
７ コイル
８ 第１本体部
８ａ貫通孔
９ ティース部
９ａ 側面
９ｂ 先端面
１０ 第１インシュレータ
１０ａ、１１ａ 突出部
１１ 第２インシュレータ
１２ 端子台部
１３ 端子
１４ コネクタハウジング
１５ スロット
２０ ステータ構造
１００ レゾルバ

Claims (7)

1. 第１本体部と前記第１本体部の内周側に延在する複数のティース部とを有し、前記第１本体部の２つの主表面間を貫通するように複数の貫通孔が形成されているステータコアと、インシュレータを介して前記各ティース部に巻回された巻線により構成されているコイルと、を有するステータ部と、
   前記コイルを前記ステータコアの軸方向から覆う第１コイルカバーおよび第２コイルカバーと、
   を備え、
   前記第１コイルカバーは第２本体部から延在する複数の第１保護部と、該第２本体部に設けられた複数の第１係合部とを有し、前記第２コイルカバーは第２本体部から延在する複数の第２保護部と、該第２本体部に設けられた複数の第２係合部とを有し、
   各第１保護部および各第２保護部は、それぞれ、前記各ティース部間に配置されており、
   同一のティース部間に配置されている第１保護部および第２保護部が、前記軸方向への互いの移動を抑止しない非抑止状態にあり、かつそれぞれの先端部が前記ステータコアの径方向において重畳しており、
   各第１係合部と各第２係合部とは、前記各貫通孔を通じて互いに係合している
   ことを特徴とするステータ構造。
2. 前記同一のティース部間に配置されている第１保護部および第２保護部は、互いに離間していることを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
3. 前各第１保護部、前記各第２保護部のそれぞれの先端部には、前記ステータコアの径方向で互いに向き合う段差を成す段差部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のステータ構造。
4. 前記各第１係合部と前記各第２係合部とは、前記各貫通孔の内部で互いに係合していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のステータ構造。
5. 前記第１保護部および前記第２保護部は、互いに向かい合う傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
6. 前記同一のティース部間に配置されている第１保護部および第２保護部は、互いに離間していることを特徴とする請求項５に記載のステータ構造。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のステータ構造を備えたことを特徴とするレゾルバ。

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