JP6804081B2 - バリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子およびバリアブルリラクタンス型レゾルバ - Google Patents

Description

本発明は、バリアブルリラクタンス型レゾルバに関する。

従来、ブラシレスモータのモータ軸の回転角度を検出するために、バリアブルリラクタンス型レゾルバが用いられている。バリアブルリラクタンス型レゾルバは、モータ軸に固定される回転子と、固定子とを有している。環状のヨークと、ヨークから回転子に向けて径方向に延びる複数のティースと、複数のティースに巻回された励磁コイル及び出力コイルと、を有している。励磁コイルに励磁電圧が印加されると、励磁コイルの励磁に基づいて回転子の回転に応じた位相の異なる出力電圧が出力コイルから出力される。この出力電圧に基づいて回転子の回転角度、すなわちブラシレスモータのモータ軸の回転角度が検知される。検知された回転角度に基づいて、ブラシレスモータの回転が制御される。

回転子と固定子のコアとがレゾルバの軸線に沿って積層された板状体により構成されたレゾルバが、知られている（例えば、特許文献１参照）。電磁鋼板の打ち抜き加工により板状体が形成されるので、回転子と固定子のコアとが板状体の積層によって構成される場合、回転子と固定子のコアを一体的に製造する場合と比べて、製造コストが低減される。

モータにおいては、固定子のコアが周方向に沿って複数に分割された固定子が知られている。コアは、隣り合う一対のティースを連結する部分のヨークにおいて、分割されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３−２１７８５２公報 特開２００８−３１２３６６公報

固定子の積層されたコアは円環状の部材であるため、電磁鋼板の打ち抜き加工において、コアの内側に位置する部分が廃材となる。レゾルバが大型になるにつれて、コアの内径も大きくなって廃材の量が増大し、材料の歩留まりを悪化させるという問題がある。また、レゾルバが大型になるにつれて、電磁鋼板の打ち抜き加工に要する荷重も大きくなり、また、打ち抜きに要する時間も長くなる。このため、レゾルバの大型化は、製造コストの増大を招いていた。

モータにおいては、コアが周方向に分割された分割コアが公知である。しかし、モータではバックアップリングなど、連結された分割コアを環状に保持する部材を設けることが可能である。しかし、バリアブルリラクタンス型レゾルバにおいては、バックアップリングのような部材を設けて、コアに圧力を付与することは好ましくないという問題がある。

他方、分割コア同士を連結する構成では、分割コアの連結位置に微細な隙間が発生することが避けられない。この微細な隙間がばらつくことによって磁気抵抗がばらつき、その結果、電磁誘導によってコアに生じる磁束に影響を与える。モータであれば、このような微細な隙間による各ティースにおける磁束のばらつきは、モータ特性に大きな影響を与えるおそれがない。しかし、バリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、連結面の磁気抵抗のばらつきによる各ティースにおける磁束のばらつきが、電気誤差を生じさせる。この電気誤差は、バリアブルリラクタンス型レゾルバに要求される出力精度に影響する。

本発明は、前述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、分割コアからなるコアを有するバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子において、電気誤差が生じることを抑制できる手段を提供することである。

(1) 本発明に係るバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子は、鋼板が積層されたものであって、環状のヨーク、および、周方向に沿って配置されて上記ヨークから径方向に延びる少なくとも４個以上のティースを有するコアと、上記ティースに巻回されたコイルと、を備えるバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子であって、上記コアは、上記周方向において分割された少なくとも２個の分割コアが連結されたものであり、上記分割コアは、上記周方向の中央において上記ティースが上記径方向に沿って分割された分割ティースを有しており、当該分割ティースの分割面が、上記分割コアの上記周方向の両端面である。

上記構成によれば、コアがティースの周方向の中央において径方向に沿って分割されているので、同一の分割ティースを通過する一方向周りの磁束と他方向周りの磁束との境界に沿ってコアが分割されている。コアの分割面が磁束を遮断しないので、一方向周りの磁束と他方向周りの磁束との間で磁気抵抗のばらつきが抑制され、一方向周りの磁束の大きさと他方向周りの磁束の大きさが略同一に保たれる。したがって、本発明に係る固定子は、コアを分割することによって電気誤差が増大することを抑制できる。

(2) 好ましくは、上記コアは、少なくとも１個の分割されていない上記ティースである非分割ティースを有しており、複数の上記分割コアが上記分割面同士で連結された第１コア体と、少なくとも１個の上記非分割ティースを有しており、複数の上記分割コアが上記分割面同士で連結された第２コア体と、が、相互の上記分割ティースと上記非分割ティースとを上記周方向において同じ位置として積層されたものである。

上記構成によれば、分割ティースと非分割ティースとが周方向において同じ位置にあるので、分割面がコアの軸線に沿って揃うことが防止され、コアの機械的強度および剛性の低下が防止される。

(3) 好ましくは、上記分割コアは、各々が同一形状である。

上記構成によれば、コアが複数種類の分割コアにより構成される場合と比べて、コアの製造コストが低減される。

(4) 好ましくは、上記分割コアは、貫通孔を有し、上記ヨークから上記ティースと反対向きの上記径方向へ延びる取付ブラケットを備えている。

上記構成によれば、固定子を取り付けるための部品を別途用意しなくてよいので、部品点数が削減され、かつ、固定子を容易に取り付けることができる。

(5) 好ましくは、上記分割コアは、上記両端面の一方に係合凸部を有しており、上記両端面の他方に係合凹部を有しており、上記コアは、上記分割コアの上記係合凸部及び上記係合凹部が係合されることによって、上記分割面同士が連結されたものである。

上記構成によれば、係合凸部及び係合凹部により分割コア同士が係合されるので、コアの軸線に垂直な方向において分割コア同士が位置決めされる。したがって、固定子の組立が容易である。

(6) 本発明に係るバリアブルリラクタンス型レゾルバは、上記バリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子と、上記コアの軸線と同軸に配置された回転子と、を備える。

(7) 好ましくは、上記回転子が上記コアの内側に配置されている。

本発明によれば、分割コアからなるコアを有するバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子において、電気誤差が生じることを抑制できる。

図１は、第１実施形態に係るレゾルバ１０を示す分解斜視図である。 図２は、第１実施形態に係るコア１５を示す分解斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る第１コア体１５Ａの正面図である。 図４は、第１実施形態に係る第２コア体１５Ｂの正面図である。 図５は、第１実施形態に係る分割コア１９の正面図である。 図６は、第１実施形態に係るティース１８が分割された場合の分割面と磁束との位置関係を示すコア１５要部の正面図である。 図７は、ヨーク１７が分割された場合の分割面と磁束との位置関係を示すコア１５要部の正面図である。 図８は、第２実施形態に係るコア１５を示す分解斜視図である。 図９は、第２実施形態に係る分割コア３９の正面図である。 図１０は、第３実施形態に係る分割コア４９の正面図である。

以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。

［第１実施形態］
図１に示されるように、レゾルバ（バリアブルリラクタンス型レゾルバの一例）１０は、固定子１１と、固定子１１の軸線１３と同軸に配置された回転子１２と、を備える。本実施形態では、回転子１２は、固定子１１の径方向内側に配置されており、レゾルバ１０は、インナーロータ型のレゾルバである。

固定子１１は、電磁鋼板が積層されたコア１５と、コア１５に設けられたコイル１６と、を備える。コア１５は、円環状のヨーク１７と、４個以上のティース１８とを有する。本実施形態では、ティース１８の数は、１６個である。各ティース１８は、ヨーク１７の周方向に沿って等間隔に配置されており、各ティース１８がヨーク１７から径方向内向きへ延びている。コイル１６は、各ティース１８に巻回されている。

回転子１２は、固定子１１と同様に、電磁鋼板が積層されたものである。図１において、回転子１２は概略として円筒形状で示されているが、回転子１２の円周面は、軸倍角に応じて各ティース１８との距離が変化するように湾曲している。例えば、１６スロットの固定子１１に対して、回転子１２の軸倍角は１２Ｘが採用され得る。回転子１２は、回転角の検出対象物、例えばモータの軸に取り付けられる。

コイル１６は、励磁コイル、ＳＩＮ出力コイル及びＣＯＳ出力コイルを含む総体を指している。励磁コイル、ＳＩＮ出力コイル及びＣＯＳ出力コイルは、複数のティース１８のそれぞれに巻回されている。ＳＩＮ出力コイル及びＣＯＳ出力コイルは、位相が９０°異なるように巻回されている。励磁コイルに所定の電圧が付与されることにより、ＳＩＮ出力コイル及びＣＯＳ出力コイルからそれぞれ出力信号が得られる。これらの出力信号に基づいて、回転子１２の回転角、すなわちモータの軸の回転角度が検出されうる。励磁コイル、ＳＩＮ出力コイル及びＣＯＳ出力コイルの配置、すなわちいずれのティース１８に角コイルを巻回するかについては公知の配置が採用され得る。

図２に示されるように、コア１５は、複数枚の電磁鋼板が積層されたものであり、本実施形態では、１０枚の電磁鋼板が積層されている。コア１５は、軸線１３方向において第１コア体１５Ａ及び第２コア体１５Ｂに区別される。第１コア体１５Ａは、５枚の電磁鋼板が積層されたものである。同様に、第２コア体１５Ｂは、５枚の電磁鋼板が積層されたものである。第１コア体１５Ａ及び第２コア体１５Ｂは、各々が周方向において分割された４個の分割コア１９が環状に組み付けられたものである。

第１コア体１５Ａと第２コア体１５Ｂとは、軸線１３周り、すなわち周方向において分割コア１９の連結箇所（分割面２４）の位置が異なる。本実施形態では、第１コア体１５Ａにおける分割コア１９の連結箇所と、第２コア体１５Ｂにおける分割コア１９の連結箇所とは、軸線１３を中心として相互に４５°ずれている。

図３には第１コア体１５Ａが示され、図４には第２コア体１５Ｂが示されている。第１コア体１５Ａ及び第２コア体１５Ｂは、分割コア１９の接続箇所が軸線１３に対して異なる点を除いて同じ構造である。したがって、以下では、第１コア体１５Ａを例として構造が説明される。第１コア体１５Ａは、周方向において分割された４個の分割コア１９が環状に連結されたものである。分割コア１９同士は、例えば、レーザー溶接や接着剤によって接合されてもよいし、各ティース１８に巻回されるコイル１６によって連結状態に保持されてもよい。

図５には、分割コア１９が示されている。本実施形態では、４個の分割コア１９は、それぞれ同一形状である。分割コア１９は、１つのヨーク片２０と、２つの分割ティース２１と、３つの非分割ティース２２と、を有する。ヨーク片２０は、円の１／４をなす円弧形状である。２つの分割ティース２１は、ヨーク片２０の周方向の両端部にそれぞれ位置する。分割コア１９の周方向の両端面は、径方向に沿った平面であり、分割面２４と称される。分割面２４は、分割ティース２１の端面と、ヨーク片２０の端面と、を含んでいる。

分割ティース２１は、ティース１８が周方向の中央において２分割されたものである。したがって、分割された１対の分割ティース２１は、分割面２４に対して対称である。非分割ティース２２は、分割されていないティース１８である。非分割ティース２２は、一対の分割ティース２１の間において、周方向に等間隔で配置されている。

分割コア１９の両端面をなす一対の分割面２４のうち、一方の分割面２４には、周方向に突出する係合凸部２５が形成されている。他方の分割面２４には、周方向に凹んでいる係合凹部２６が形成されている。係合凸部２５及び係合凹部２６は、相互に対応する半円形状である。１つの分割コア１９の係合凸部２５は、隣接する他の分割コア１９の係合凹部２６と係合する。これにより、隣接する２つの分割コア１９の分割面２４同士が径方向に対して位置決めされる。

４個の分割ティース２１が環状に組み付けられて第１コア体１５Ａをなした状態において、第１コア体１５Ａは、８個の分割ティース２１と、１２個の非分割ティース２２と、を有する。８個の分割ティース２１は、対応する一対が組み付けられることによって、４個のティース１８を構成する。本実施形態では、分割ティース２１及び非分割ティース２２を区別しない場合、これらは総称してティース１８と呼ばれる。

前述されたように、第１コア体１５Ａと第２コア体１５Ｂとは、軸線方向１３に積層された組み付けられた状態において、周方向において分割コア１９の連結箇所の位置が異なる。したがって、第１コア体１５Ａにおける一対の分割ティース２１からなるティース１８と、第２コア体１５Ｂにおける非分割ティース２２とは、周方向において同じ位置にある。第２コア体１５Ｂにおける一対の分割ティース２１からなるティース１８と、第１コア体１５Ａにおける非分割ティース２２とは、周方向において同じ位置にある。換言すれば、第１コア体１５Ａにおける分割面２４と、第２コア体１５Ｂにおける分割面２４とは、軸線１３に沿って連続していない。

［固定子１１における磁束］
図６、図７が参照されつつ、固定子１１に発生する磁束が説明される。

図６に示されるように、固定子１１において、励磁コイル（コイル１６の一部）が通電されると、一対の分割ティース２１かなるティース１８には、磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄが形成される。なお、同図においては、説明の便宜上、４本の磁束が示されている。なお、厳密には、１つのティース１８を通過する総磁束は、すべてのティース１８に巻回された部分のコイル１６が発生させた磁束の重ね合わせとなるが、遠距離のティースからの寄与は小さくて無視できるため、ここでは、寄与の大きな両隣のティースからの重ね合わせのみが考慮されている。

ティース１８において、分割ティース２１の連結面である分割面２４は、ティース１８の周方向の中央にあり、径方向に沿って拡がっている。したがって、分割面２４間に隙間が形成されたとしても、その隙間は磁束の経路に沿っている。コア１５において、各分割面２４の接合率を全く同一とすることは、コア１５の製作上、困難である。仮に、各分割面２４における接合率が異なれば、各分割面２４を通過する各磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄに対する抵抗がばらつき、レゾルバ１０の検出精度に影響する。

固定子１１において、各磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄは、分割面２４を境界として、左周り（一方向周り）の磁束２７Ａ、２７Ｃと、右回り（他方向周り）の磁束２７Ｂ、２７Ｄとに分かれる。このように、分割面２４の各磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄと交差しないので、分割面２４の隙間が各磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄと交差しない。これにより、左周りの磁束２７Ａ、２７Ｃと右周りの磁束２７Ｂ、２７Ｄとの間で磁気抵抗のばらつきが抑制される。また、左周りの磁束２７Ａ、２７Ｃの大きさと右周りの磁束２７Ｂ、２７Ｄの大きさが略同一に保たれる。

比較のために、仮に、図７に示されるコア１５のように、ヨーク１７に分割面１２４が形成されたとする。このとき、励磁コイルが通電されて発生する各磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄに対して、分割面１２４が交差（本実施形態ではほぼ直交）している。したがって、分割面１２４の隙間が磁束を遮断するので、各分割面１２４の接合率が異なると、各分割面１２４を通過する各磁束２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄの大きさが異なり、ひいては、レゾルバの検出精度に影響する。

［第１実施形態の作用効果］
第１実施形態によれば、コア１５がティース１８の周方向の中央において径方向に沿って分割されているので、コア１５を分割することによって電気誤差が増大することを抑制できる。

また、第１コア体１５Ａと第２コア体１５Ｂにおいて、分割ティース２１と非分割ティース２２とが周方向において同じ位置にあるので、分割面２４がコア１５の軸線１３に沿って揃うことが防止され、コア１５の機械的強度および剛性の低下が防止される。

また、各分割コア１９は、各々が同一形状であるので、コア１５の製造コストが低減される。

また、係合凸部２５及び係合凹部２６により分割コア１９同士が係合されるので、分割コア１９同士の位置決めが容易である。

［第２実施形態］
図８、図９を参照して、第２実施形態に係る固定子１１が説明される。第２実施形態に係る固定子１１は、分割コア３９の構成において、第１実施形態に係る分割コア１９とは異なっている。それ以外の点では、第２実施形態は、第１実施形態と同様である。以下では、第２実施形態に係る分割コア３９の構成が説明される。なお、第１実施形態と共通の部材には同一の符号が付されており、これらの部材についての説明は省略されている。

図８に示されるように、第２実施形態に係る固定子１１のコア１５も、５枚の電磁鋼板が積層された第１コア体１５Ａと、５枚の電磁鋼板が積層された第２コア体１５Ｂとを有する。

図９に示されるように、分割コア３９は、ヨーク片２０からティース１８とは反対側の径方向に、本実施形態では径方向外向きに延びる取付ブラケット３６を備えている。取付ブラケット３６には、軸線１３に沿って貫通孔３７が形成されている。この貫通孔３７は、固定子１１をモータ等の回転角度の検出対象物にネジ固定により取り付ける際に、ネジを挿入するために使用される。分割コア３９は、２つの取付ブラケット３６を有している。２つのティース１８毎に１つの取付ブラケット３６が設けられており、各取付ブラケット３６の位置は、径方向において非分割ティース２２の丁度反対側である。このため、図８に示されるように、第１コア体１５Ａ及び第２コア体１５Ｂが軸線１３に沿って互いに４５°回転した姿勢で積層されたときに、姿勢の異なる第１コア体１５Ａ及び第２コア体１５Ｂ間の貫通孔３７が連続できる。

第２実施形態によれば、固定子１１を取り付けるための部品を別途用意しなくてよいので、部品点数が削減され、かつ、固定子１１を容易に取り付けることができる。

［第３実施形態］
図１０を参照して、第３実施形態に係る固定子の分割コア４９が説明される。第３実施形態に係る固定子は、分割コア４９の構成において、第１実施形態に係る分割コア１９とは異なっている。それ以外の点では、第３実施形態は、第１実施形態と同様である。以下では、第３実施形態に係る分割コア４９の構成が説明される。なお、第１実施形態と共通の部材には同一の符号が付されており、これらの部材についての説明は省略されている。

図１０に示されるように、分割コア４９は、一方の分割面２４から周方向に突出する蟻足４５と、他方の分割面２４から周方向に凹んでいる蟻溝４６と、を有する。２つの分割コア４９が連結されるときに、蟻足４５及び蟻溝４６が係合することによって、２つの分割コア４９の分割面２４同士が位置決めされた状態で連結される。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。各実施形態に係る固定子１１の各構成要素に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が行われてもよい。また、上記固定子１１の各構成要素の形状及び大きさも、実施の形態に応じて、適宜、設定されてよい。例えば、以下の変更が可能である。

第１から第３実施形態では、コア１５は、一対の分割ティース２１からなるティース１８及び非分割ティース２２を備えているが、コア１５は、一対の分割ティース２１からなるティース１８のみを備えてもよい。この場合、コア１５において、第１コア体１５Ａにおける分割面２４と、第２コア体１５Ｂにおける分割面２４とが、軸線１３に沿って連続する。

第１から第３実施形態では、分割コア１９、３９、４９の形状は各々同一形状であるが、コア１５は、異なる複数形状の分割コアに分割されてもよい。例えば、コア１５が３分割される場合として、コア１５は、軸線１３周りの９０°にわたる分割コア１９、３９、４９と、軸線１３周りの１８０°にわたる分割コア（９０°にわたる分割コア１９、３９、４９の２つ分）と、を備えてもよい。あるいは、コア１５は、取付ブラケット３６を有する分割コア１９、３９、４９と、取付ブラケット３６を有しない分割コア１９、３９、４９とを、備えてもよい。

第１から第３実施形態では、レゾルバ１０は、回転子１２が固定子１１の内側に配置されたインナーロータ型であるが、レゾルバ１０は、固定子１１が回転子１２の外側に配置されたアウターロータ型であってもよい。

１０・・・レゾルバ（バリアブルリラクタンス型レゾルバの一例）
１１・・・固定子
１２・・・回転子
１３・・・軸線
１５・・・コア
１５Ａ・・・第１コア体
１５Ｂ・・・第２コア体
１６・・・コイル
１７・・・ヨーク
１８・・・ティース
１９、３９、４９・・・分割コア
２１・・・分割ティース
２２・・・非分割ティース
２４・・・分割面
２５・・・係合凸部
２６・・・係合凹部
３６・・・取付ブラケット
３７・・・貫通孔
４５・・・蟻足（係合凸部）
４６・・・蟻溝（係合凹部）

Claims (6)

1. 鋼板が積層されたものであって、環状のヨーク、および、周方向に沿って配置されて上記ヨークから径方向に延びる少なくとも４個以上のティースを有するコアと、
   上記ティースに巻回されたコイルと、を備えるバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子であって、
   上記コアは、上記周方向において分割された４個の分割コアが連結されたものであり、
   上記分割コアは、各々が同一形状であり、
   上記分割コアは、上記周方向の中央において上記ティースが上記径方向に沿って分割された分割ティースを有しており、当該分割ティースの分割面が、上記分割コアの上記周方向の両端面であり、
   上記コアは、少なくとも１個の分割されていない上記ティースである非分割ティースを上記周方向において上記分割面から４５°の位置に有しており、上記４個の上記分割コアが上記分割面同士で連結され、複数の前記鋼板が積層された第１コア体と、少なくとも１個の上記非分割ティースを上記周方向において上記分割面から４５°の位置に有しており、上記４個の上記分割コアが上記分割面同士で連結され、複数の前記鋼板が積層された第２コア体とが、相互の上記分割ティースと上記非分割ティースとを上記周方向において同じ位置として積層されたものである、バリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子。
2. 上記分割コアは、貫通孔を有し、上記ヨークから上記ティースと反対向きの上記径方向へ延びる取付ブラケットを備えている請求項１に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子。
3. 上記分割コアは、上記両端面の一方に係合凸部を有しており、上記両端面の他方に係合凹部を有しており、
   上記コアは、上記分割コアの上記係合凸部及び上記係合凹部が係合されることによって、上記分割面同士が連結されたものである請求項１または２に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子。
4. 上記第１コア体および上記第２コア体の各々は、上記周方向において等間隔で並ぶ３個の上記非分割ティースを有している請求項１から３のいずれかに記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバの固定子と、
   上記コアの軸線と同軸に配置された回転子と、を備えるバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
6. 上記回転子が上記コアの内側に配置されている請求項５に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバ。

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