JP6453966B1 - 可動側部材 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の歩留まりを良くし、重量増加を抑制し、形状の制約を低減することができる可動側部材（ロータ）を提供する。【解決手段】回転軸６０に配設され、固定側部材としてのステータ２０に対し、回転可能な可動側部材としてのロータ４０を備える機器に用いられ、ロータ４０は、回転軸６０に組み付けられた状態における、回転軸６０の軸線Ｃ方向において、固定側磁束通過部としてのコア２１と対向する可動側磁束通過部４５が、一部材で形成されている。ロータ４０は、回転軸６０の軸線Ｃからみたコア２１の遮蔽面積Ｓを増減可能に形成された増減部４１を備えている。増減部４１の端縁部分が、正弦波形状に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、固定側部材と可動側部材を備え、固定側部材と可動側部材との間を磁束が通過可能な機器の可動側部材に関する。

従来のレゾルバのロータとして、特許文献１に記載されるものがあった。これによれば、プレス加工で打ち抜いた複数の磁性鋼板を、ロータが取り付けられるシャフトの中心軸方向に沿って積層して形成されていた。

特開２００８−２６８０６５号公報

しかし、上記のレゾルバのロータでは、薄板をプレスで打ち抜き加工するため材料の歩留まりが悪い、磁性鋼板を積層する積層構造のため材料使用量が多くなり重量が増す、順送プレス加工で形成されるため出来上がり形状に制約があるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、材料の歩留まりを良くし、重量増加を抑制し、形状の制約を低減することができる可動側部材（ロータ）を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、磁束が通過可能な固定側磁束通過部を有する固定側部材に対して移動可能で、磁束が通過可能な可動側磁束通過部を有する可動側部材であって、
前記固定側磁束通過部と前記可動側磁束通過部との間を磁束が通過可能とされ、
回転軸に配設され、前記固定側部材としてのステータに対し、回転可能な前記可動側部材としてのロータを備えるレゾルバに用いられ、
前記可動側磁束通過部の前記ロータの移動方向に沿った方向における少なくとも一部が、一部材で形成され、
前記ロータは、前記回転軸に組み付けられた状態における、前記回転軸の軸線方向において、前記固定側磁束通過部と対向する前記可動側磁束通過部が、一部材で形成され、
前記ステータには、前記固定側磁束通過部としてのコアを有する検出コイルが配設され、
前記可動側磁束通過部は、前記回転軸に組み付けられた状態における、前記回転軸の軸線方向における少なくとも一方側が、前記回転軸の軸線からみた前記コアの遮蔽面積を増減可能に形成された増減部を備え、
前記増減部の端縁部分が、正弦波、余弦波、余割波、正割波、の少なくとも一つを含む波状形状に形成されている。

本出願人の、レゾルバの電磁界解析により、従来の複数の電磁鋼板を積層したロータにおいては、表皮効果により磁束の多くが外周縁側の表層部分に集中していることがわかっている。上記知見をふまえて、磁束が集中する部分以外の大部分を削除して、可動側磁束通過部を一部材で構成することとしている。よって、材料の歩留まりを良くし、重量増加を抑制し、形状の制約を低減することができる。

これによれば、磁束が通過する部分のみで構成可能となるので材料の歩留まりを向上させることができる。特に、製品サイズが大きい場合に有効となる。また、ロータを積層して形成する場合に比べて、使用材料が少なくなるので重量を軽くすることができるとともに、形状自由度を向上させることができる（磁束が通過する部分以外は必要ではなくなるため）。例えば、発電機、電動機（モータ）等に好適な可動側部材とすることができる。

これによれば、出力電圧の検出精度を向上させることが可能となる。

これによれば、出力電圧の検出精度を向上させることに寄与する。

また、前記回転軸と、前記ロータと、が取付部材を介して前記回転軸に取り付けられている。

これによれば、ロータの固定方法のバリエーションが増え、ロータの相手側となる回転軸の形状の自由度を向上させることができる。

また、上記効果を奏するレゾルバとすることができる。

本発明の一実施形態のロータの概略を説明する斜視図である。 同実施形態の（ａ）は打ち抜き加工された状態、（ｂ）完成品状態の説明図である。 同実施形態のロータの作用説明図である。 同実施形態のロータの取り付け状態図である。 同実施形態のロータの他の取り付け状態図である。

本発明のロータの一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、レゾルバに適用されるものとする。以下の説明では、各図面の矢印は、Ｕを上、Ｄを下、とする。

レゾルバ１０は、図１に示すように、固定側部材としてのステータ２０と、可動側部材としてのロータ４０と、を備えている。

ステータ２０は、図１に示すように、図示しない磁性を有する材料（電磁鋼板）が、回転軸方向に沿って複数枚積層され円環状に形成されている。絶縁性の合成樹脂で形成されたインシュレータ３０が、ステータ２０の内周側に配設されている。本実施形態では、インシュレータ３０は、インサート成形等されてステータ２０と一体化されている。

インシュレータ３０は、ボビン部３１を有し、ボビン部３１の内周側に、ステータ２０から延設された固定側磁束通過部としてのコア２１が配置されている。ボビン部３１に、コイル３５を巻設されている。コア２１は、磁束が通過する部分となる。

コア２１と、ボビン部３１と、コイル３５と、で検出コイル３８が構成される。

ロータ４０は、図１、２、４に示すように、一枚の板状の磁性を有する材料（電磁鋼板）を、長手方向における端部４０ａ、４０ｂどうしを接合して、円環状に形成されている。

ロータ４０は、円柱状の回転軸６０に組み付けられた状態における、下側（回転軸６０の軸線Ｃ方向における一方側）が、回転軸６０の軸線Ｃからみたコア２１の遮蔽面積Ｓを増減可能に形成された増減部４１を備えている。本実施形態では、増減部４１の端縁部分が、正弦波（ＳＩＮ波）形状に形成されている。

本出願人の、レゾルバの電磁界解析により、従来の複数の電磁鋼板を積層したロータにおいては、表皮効果により磁束の多くが外周縁側の表層部分に集中していることがわかっている。上記知見をふまえて、本実施形態におけるロータ４０は、磁束が集中する部分以外の大部分を削除して、回転軸６０の軸線Ｃ方向において、一枚の板材で構成することとしている。

また、図２（ａ）の実線と破線で示すような態様で、板材を打ち抜き加工することで、材料の歩留まりを向上させることができる。

換言すれば、ロータ４０は、回転軸６０に組み付けられた状態における、回転軸６０の軸線Ｃ方向において、固定側磁束通過部としてのコア２１と対向する可動側磁束通過部４５が、一部材で形成されていることになる。

ここで、本明細書における「一部材」とは、一つの部材で構成されるものだけでなく、磁性を有する材料（電磁鋼板）を、回転軸６０の径方向（電磁鋼板の厚み方向）において、複数枚重ねて配置したようなもの、合成樹脂を介して磁性を有する材料（電磁鋼板）を複数枚重ねて配置したようなもの、を含むものとする。

さらに、磁性を有する材料（電磁鋼板）どうし、磁性を有する材料（電磁鋼板）と合成樹脂、を密着して配置しているか、隙間を有して配置しているか、を問わないものとする。

ロータ４０は、回転軸６０に取り付けられている。本実施形態では、図４に示すように、回転軸６０と、ロータ４０と、取付部材７０を介して回転軸６０に取り付けられている。

取付部材７０は、絶縁性の合成樹脂で形成され、回転軸６０の外側に嵌め込み可能な円筒状に形成されている。

ロータ４０は、取付部材７０の外周面に配置され、ロータ４０と、取付部材７０とは、インサート成形で一体成形されている。取付部材７０を、回転軸６０を外側に嵌め込むことで、ロータ４０が、回転軸６０に取り付けられる。

ロータ４０の作用について説明する。本実施形態では、ロータ４０の下端縁部分が、正弦波（ＳＩＮ波）形状に形成されているので、ロータ４０の回転により、ステータ２０から延設されているコア２１が遮蔽されたり、遮蔽されなかったりする。これにより、磁束は、ロータ４０に遮蔽されるコア２１の遮蔽面積Ｓに応じて強くなったり弱くなったりする。

なお、回転軸６０の軸線Ｃからみて、ロータ４０が回転するときに、ロータ４０と、コア２１が重なり合う領域が可動側磁束通過部４５となる。本実施形態では、ロータ４０の回転軸６０の軸線Ｃ方向における、上端から下端までの領域が可動側磁束通過部４５となる。そして、固定側磁束通過部としてのコア２１と可動側磁束通過部４５との間を磁束が通過可能とされている。

回転軸６０の軸線Ｃから、コア２１をみた、図３を参照して説明する。なお、図３においては、理解を容易にするため、コア２１及び増減部４１の形状を他の図面に対して強調して作図している。

図３（ａ）では、コア２１は、ロータ４０により全域が遮蔽され、遮蔽面積Ｓが最大となっている。換言すれば、磁束は、最大の状態にあるといえる。

図３（ｂ）では、コア２１は、ロータ４０から一部露出して、四分の三程度の面積がロータ４０に遮蔽されている。換言すれば、磁束は、図３（ａ）の状態に対して四分の三程度の強さにあるといえる。

図３（ｃ）では、コア２１は、ロータ４０から半分程度露出し、半分程度の面積がロータ４０に遮蔽されている。換言すれば、磁束は、図３（ａ）の状態に対して半分程度の強さにあるといえる。

図３（ｄ）では、コア２１は全域が露出して、遮蔽面積Ｓはなくなっている。換言すれば、磁束は、発生していない状態にあるといえる。

以上のことより、レゾルバ１０の出力電圧の検出精度を向上させることが可能となる。

上記構成のロータ４０では、回転軸６０に配設され、固定側部材としてのステータ２０に対し、回転可能な可動側部材としてのロータ４０を備える機器（レゾルバ１０）に用いられ、ロータ４０は、回転軸６０に組み付けられた状態における、回転軸６０の軸線Ｃ方向において、固定側磁束通過部（コア２１）と対向する可動側磁束通過部４５が、一部材で形成されている。

これによれば、磁束が通過する部分のみで構成可能となるので材料の歩留まりを向上させることができる。特に、製品サイズが大きい場合に有効となる。また、ロータを積層して形成する場合に比べて、使用材料が少なくなるので重量を軽くすることができるとともに、形状自由度を向上させることができる（磁束が通過する部分以外は必要ではなくなるため）。

また、ステータ２０には、固定側磁束通過部としてのコア２１を有する検出コイル３８が配設され、可動側磁束通過部４５は、回転軸６０に組み付けられた状態における、回転軸６０の軸線Ｃ方向における一方側が、回転軸６０の軸線Ｃからみたコア２１の遮蔽面積Ｓを増減可能に形成された増減部４１を備えている。

これによれば、出力電圧の検出精度を向上させることが可能となる。

また、増減部４１の端縁部分が、正弦波（ＳＩＮ波）形状に形成されている。

これによれば、出力電圧の検出精度を向上させることに寄与する。

また、回転軸６０と、ロータ４０と、が取付部材７０を介して回転軸６０に取り付けられている。

これによれば、ロータ４０の固定方法のバリエーションが増え、ロータ４０の相手側となる回転軸６０の形状の自由度を向上させることができる。

また、上記効果を奏するレゾルバ１０とすることができる。

本発明のロータは、上記構成に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない限り各種の設計変更等が可能である。

例えば、ロータ４０は、取付部材７０を介して回転軸６０に取り付けられているが、図５に示すように、回転軸６０に直接取り付けることも可能である。この場合、ロータ４０を回転軸６０に、圧入、かしめ、接着等で固定することが考えられる。このような態様によっても、回転軸６０の形状の自由度を向上させることができる。

また、ロータ４０は、一枚の磁性を有する材料（電磁鋼板）で円環状に形成したが、周方向において、磁性を有する材料（電磁鋼板）を複数枚に分割して、その周方向における端部どうしを接合して円環状に形成することも可能である。

さらに、上記分割構成された一枚の磁性を有する材料（電磁鋼板）で、回転軸６０の周方向の一部のみにロータ４０が配設される構成とすることができる。限定した角度範囲（例えば、三分割した場合には、０〜１２０度まで）のみを検知する場合に有効である。

ステータ２０は、上記実施形態では、磁性を有する材料（電磁鋼板）を複数枚積層して形成したが、一枚の磁性を有する材料（電磁鋼板）で形成することも可能である。

ステータ２０に配設されるコア２１は、上記実施形態では、磁束が回転軸の軸線に対して直角方向に生じるラジアルタイプが用いられたが、磁束が回転軸の軸線に対して平行に生じるアキシャルタイプであっても適用可能である。

また、上記実施形態では、インシュレータ３０は、インサート成形等されてステータ２０と一体化されているが、インシュレータ３０とステータ２０とを組み付け等で一体化することも可能である。

また、増減部４１は、ロータ４０の下側に設けられているが、ロータ４０の上側、又は、ロータ４０の上側及び下側（回転軸６０の軸線Ｃ方向における、他方側、若しくは、一方、他方の両側）に設けることも可能である。

また、増減部４１の端縁部分を、正弦波（ＳＩＮ波）形状に形成しているが、使用態様、検出精度等に応じて正弦波、余弦波、余割波、正割波、の少なくとも一つを含む波状形状、出力電圧の強弱を検出可能な周期性を有する曲線の集合等に適宜変更することができる。さらに、増減部４１を、上記の二以上の波状形状を組み合わせて構成することも可能である。

また、コア２１の遮蔽面積Ｓを増減可能に形成され、出力電圧の強弱を検出可能であれば、増減部４１の端縁部分を、直線部分と屈曲部分を有するジグザグ形状等とすることも可能である。

また、レゾルバ１０の、ロータ以外の構成は、既存のステータ、インシュレータ等を用いることができる。さらに、本出願人が共同出願した、特願２０１０−１１１３４４号（特開２０１１−２３９６４５号公報）に記載された構成を用いることもできる。

また、レゾルバ以外の、ロータ、回転軸、ステータを備え、固定側磁束通過部と可動側磁束通過部との間を磁束が通過可能な機器、例えば、発電機、電動機（モータ）等に適用することも可能である。

さらに、磁束が通過可能な固定側磁束通過部を有する固定側部材に対して移動可能（直線移動可能）で、磁束が通過可能な可動側磁束通過部を有する可動側部材を備え、固定側磁束通過部と可動側磁束通過部との間を磁束が通過可能なリニアセンサ等にも適用することも可能である。

例えば、上記実施形態におけるステータ２０、インシュレータ３０を直線状に形成するとともに、ロータ４０を対応する直線状に形成する構成とし、ロータ４０が、一体化されたステータ２０、インシュレータ３０に対して直線移動することによって、出力電圧を検出するリニアセンサを例示することができる。

１０ レゾルバ
２０ ステータ
２１ コア
３８ 検出コイル
４０ ロータ
４１ 増減部
４５ 可動側磁束通過部
６０ 回転軸
７０ 取付部材
Ｃ 軸線
Ｓ 遮蔽面積

Claims (3)

1. 磁束が通過可能な固定側磁束通過部を有する固定側部材に対して移動可能で、磁束が通過可能な可動側磁束通過部を有する可動側部材であって、
   前記固定側磁束通過部と前記可動側磁束通過部との間を磁束が通過可能とされ、
   回転軸に配設され、前記固定側部材としてのステータに対し、回転可能な前記可動側部材としてのロータを備えるレゾルバに用いられ、
   前記可動側磁束通過部の前記ロータの移動方向に沿った方向における少なくとも一部が、一部材で形成され、
   前記ロータは、前記回転軸に組み付けられた状態における、前記回転軸の軸線方向において、前記固定側磁束通過部と対向する前記可動側磁束通過部が、一部材で形成され、
   前記ステータには、前記固定側磁束通過部としてのコアを有する検出コイルが配設され、
   前記可動側磁束通過部は、前記回転軸に組み付けられた状態における、前記回転軸の軸線方向における少なくとも一方側が、前記回転軸の軸線からみた前記コアの遮蔽面積を増減可能に形成された増減部を備え、
   前記増減部の端縁部分が、正弦波、余弦波、余割波、正割波、の少なくとも一つを含む波状形状に形成されていることを特徴とする可動側部材。
2. 前記ロータが板状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の可動側部材。
3. 前記回転軸と、前記ロータと、が取付部材を介して前記回転軸に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の可動側部材。

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