JP7028152B2 - レゾルバ - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機の回転角度を検出するレゾルバに関する。
モータ等の回転電機には、その回転角度を検出するためにレゾルバが設けられる。レゾルバとしては、回転電機が有するシャフト等の回転部品に取り付けられその回転に合わせて回転するロータと、ロータと径方向に間隔を有するように配置されたステータとを備え、ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ及びステータの間のギャップパーミアンスが変化するように構成されたレゾルバが知られている。
このようなレゾルバとして、例えば、特許文献１には、回転軸の軸方向から見て楕円形のロータと、その外周を取り囲み、ロータと径方向に間隔を有するように配置された環状のステータとを備え、ロータの外周側が磁性材料を用いためっきから構成されたレゾルバが記載されている。
また、特許文献２には、凹凸形状の外周を有するロータと、ロータと径方向に間隔を有するように配置されたステータとを備えるレゾルバが記載されている。
特開２０１８－００４３８２号公報 特開２０１８－０３６２１５号公報
上記のようなレゾルバにおいては、検出感度を向上させることが求められている。ロータ及びステータの間隔を小さくすることができれば、磁気抵抗を下げ、検出感度を向上させることができるが、ロータ及びステータの間隔は、製品公差や組み付け公差等の公差を考慮に入れ、一定の以上の長さを確保する必要があった。
特許文献１に記載されたレゾルバにおいて、仮にロータ及びステータの間隔を一定の以上の長さを確保せずに短くしようとすると、ロータの外周側がめっきから構成されているので、ロータの回転時に、ロータがステータと接触することにより、ロータがステータに引っ掛かって停止したり、ロータやステータが損傷するおそれがある。また、特許文献２に記載されたレゾルバでも、ロータが金属板等から構成されているので同様のおそれがある。
このため、このような問題を起こさずにロータ及びステータの間隔を従来よりも小さくすることにより、レゾルバの検出感度をさらに向上させることが求められていた。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出感度を向上させることができるレゾルバを提供することにある。
上記の課題を解決すべく、本発明に係るレゾルバは、ロータと、前記ロータの外周面を取り囲むように配置されたステータと、を備え、前記ロータはロータコアを有し、前記ステータは、前記ロータの外周面側に突出する複数のティースが周方向に沿って間隔をあけて設けられたステータコアと、前記複数のティースに巻回されたコイルとを有し、前記ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、前記ロータ及び前記ステータの間のギャップパーミアンスが変化するように構成されたレゾルバであって、前記ロータは、前記ロータコアの外周面における突出部に設けられた磁性金属を含む多孔質被削性膜をさらに有することを特徴とする。
本発明によれば、検出感度を向上させることができる。
本実施形態に係るレゾルバの一例を示す概略平面図である。 図１のＸ部分の拡大図である。 ロータの外周面にステータコアのティースが接触する様子を模式的に示す模式図である。 溶射用粉末の造粒粒子を示す概略図である。 本実施形態に係るレゾルバの他の例におけるステータを示す概略平面図である。 実施例及び比較例で作製する溶射試験片を示す概略図である。 実施例１～３及び比較例３における溶射膜の断面のＳＥＭ画像である。 実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対する溶射膜のビッカース硬さを示すグラフである。 被削性試験装置を示す概略図である。 実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対する溶射膜の切削厚さを示すグラフである。 実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対するステータ試験片の摩耗長さを示すグラフである。 実施例及び比較例の溶射試験片における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対する溶射膜の比透磁率を示すグラフである。
以下、本発明に係るレゾルバの実施形態について説明する。
本実施形態に係るレゾルバは、ロータと、前記ロータの外周面を取り囲むように配置されたステータと、を備え、前記ロータはロータコアを有し、前記ステータは、前記ロータの外周面側に突出する複数のティースが周方向に沿って間隔をあけて設けられたステータコアと、前記複数のティースに巻回されたコイルとを有し、前記ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、前記ロータ及び前記ステータの間のギャップパーミアンスが変化するように構成されたレゾルバであって、前記ロータは、前記ロータコアの外周面における突出部に設けられた磁性金属を含む多孔質被削性膜をさらに有することを特徴とする。
まず、本実施形態に係るレゾルバの概略について、図に例示して説明する。ここで、図１は、本実施形態に係るレゾルバの一例を示す概略平面図である。図２は、図１のＸ部分の拡大図である。また、図３は、ロータの外周面にステータコアのティースが接触する様子を模式的に示す模式図である。
本例のレゾルバ１００は、図１に示されるように、ロータ１０と、ロータ１０の外周面１０ａを取り囲むように配置された環状のステータ３０とを備えるラジアルギャップ型のレゾルバであり、モータ（図示せず）の回転角度を検出するものである。ロータ１０は、モータが備えるシャフト２００に取付けられている。ステータ３０は、モータのハウジング（図示せず）に固定されている。ロータ１０は、モータのシャフト２００の回転に合わせて、ステータ３０に対して回転軸の軸回りに回転する。なお、ロータ１０の中心は回転軸と一致している。
ロータ１０は、図１に示されるように、回転軸の軸方向から平面視した外周面１２ａの形状が楕円形となっているロータコア１２と、ロータコア１２の外周面１２ａにおける突出部１２ｐを含む全体に設けられた多孔質被削性膜１４とを有している。ロータコア１２は、アルミニウムから構成され、モータのシャフト２００が嵌入される貫通孔１２ｈが形成されている。この貫通孔１２ｈの中心はロータ１０の回転軸に一致している。
多孔質被削性膜１４は、図２に示されるように、互いに融着している複数の磁性金属粒子１６を含み、磁性金属粒子１６どうしの間に間隙１４ａが存在し、磁性金属粒子１６の面積率が４０％～８０％の範囲内の溶射膜である。多孔質被削性膜１４は、さらに固体潤滑剤粒子１８を含んでいる。多孔質被削性膜１４において、磁性金属粒子１６どうしの間隙１４ａには、固体潤滑剤粒子１８が充填されている。
ステータ３０は、図１に示されるように、環状のステータコア３２とコイル３４とを有している。ステータコア３２は、電磁鋼板を打ち抜いたコア片が複数積層された積層体である。ステータコア３２の内周側には、ロータ１０の外周面１０ａ側に突出する複数のティース３２ｔが周方向に沿って間隔をあけて設けられている。コイル３４は、複数のティース３２ｔに巻回されたものであり、励磁コイル３４ａと検出コイル３４ｂとを含む。
レゾルバ１００において、ステータ３０は、ステータコア３２の複数のティース３２ｔの先端面３２ｔａがロータ１０の外周面１０ａと間隔を有するように配置されており、ロータ１０は回転軸の軸回りに回転可能に配置されている。レゾルバ１００は、ロータ１０の回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ１０の外周面１０ａ及びステータコア３２の複数のティース３２ｔの先端面３２ｔａの間隔が周期的に変化することにより、ロータ１０及びステータ３０の間のギャップパーミアンスが周期的に変化するように構成されている。
レゾルバ１００では、励磁コイル３４ａに励磁信号が入力されることでティース３２ｔが励磁された状態において、モータのシャフト２００が回転すると、ロータ１０の回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ１０及びステータ３０の間のギャップパーミアンスの周期的な変化に応じた検出信号が検出コイル３４ｂから出力され、その検出信号の電圧変化からモータの回転角度が検出される。
本例において、ロータ１０は、ロータコア１２の外周面１２ａにおける突出部１２ｐを含む全体に設けられた多孔質被削性膜１４を有する。また、多孔質被削性膜１４は、複数の磁性金属粒子１６を含み、磁性金属粒子１６どうしの間に間隙１４ａが存在し、磁性金属粒子１６の面積率が４０％～８０％の範囲内のものである。このため、図３に示されるように、ロータ１０の回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ１０の外周面１０ａにステータコア３２のティース３２ｔが接触したとしても、多孔質被削性膜１４が切削され又は凹むことになり、この際には、接触箇所を含む部分の脱落等による多孔質被削性膜１４の破損が抑制される。これにより、ロータ１０やステータ３０を損傷させることなく、ロータ１０の外周面１０ａ及びティース３２ｔの先端面３２ｔａの間隔を最適な距離に調整した上でロータ１０の回転を継続させることができる。したがって、ロータ１０の外周面１０ａ及びステータコア３２のティース３２ｔの先端面３２ｔａの間隔を従来よりも小さく設定することができる。これにより、レゾルバ１００の磁気抵抗を下げ、検出感度を向上させることができる。また、レゾルバ１００の製品ごとに寸法の個体差があったとしても、製品ごとに、多孔質被削性膜１４が切削され又は凹むことで、ロータ１０の外周面１０ａ及びティース３２ｔの先端面３２ｔａの間隔を最適な距離に調整することができる。
本実施形態によれば、上記の例のように、ロータは、ロータコアの外周面における突出部に設けられた磁性金属を含む多孔質被削性膜を有することにより、ロータの外周面にステータが接触したとしても、多孔質被削性膜が切削され又は凹むことになり、この際には、多孔質被削性膜の破損が抑制される。これにより、ロータやステータを損傷させることなく、ロータの外周面及びティースの先端面の間隔を最適な距離に調整した上でロータの回転を継続させることができる。したがって、ロータの外周面及びステータコアのティースの先端面の間隔を従来よりも小さく設定することができる。これにより、磁気抵抗を下げ、検出感度を向上させることができる。また、製品ごとに寸法の個体差があったとしても、製品ごとにロータの外周面及びティースの先端面の間隔を最適な距離に調整することができる。
続いて、本実施形態に係るレゾルバの構成について詳細に説明する。
１．ロータ
ロータは、ステータの内側において回転軸の軸回りに回転可能に配置され、ロータコアと、ロータコアの外周面における突出部に設けられた磁性金属を含む多孔質被削性膜とを有するものである。
ここで、「ロータコアの外周面における突出部」とは、例えば、図１に示される突出部１２ｐのように、ロータが回転軸の軸回りに回転する際に、ロータの外周面において、ステータコアのティースの先端面との間隔が短くなる部分を指す。
（１）多孔質被削性膜
多孔質被削性膜は、磁性金属を含み、磁性金属どうしの間に間隙が存在する多孔質の膜であり、被削性を有するものである。
多孔質被削性膜は、上記のような膜であれば特に限定されないが、溶射膜及びコールドスプレー膜に大別することができる。以下、溶射膜及びコールドスプレー膜についてそれぞれ説明する。
（１－１）溶射膜
溶射膜は、溶射により成膜された多孔質被削性膜である。
ａ．溶射膜
溶射膜は、上記のようなものであれば特に限定されないが、図１に示される溶射膜（多孔質被削性膜）１４のように、磁性金属の面積率が４０％～８０％の範囲内であるものが好ましい。磁性金属の面積率が４０％以上である場合には、溶射膜が脆くならず、ステータの接触箇所を含む部分の脱落等による溶射膜の破損を抑制できるからである。磁性金属の面積率が８０％以下である場合には、良好な被削性が得られるため、ステータが接触したとしても確実に切削され又は凹むことで、ステータの摩耗や溶射膜への凝着を抑制できるからである。
ここで、「磁性金属の面積率」とは、多孔質被削性膜の断面の観察エリアの全面積に対する磁性金属が占める面積の割合を百分率［％］で表したものを指し、例えば、多孔質被削性膜の厚さ方向に沿った断面の観察エリアの全面積に対する磁性金属が占める面積の割合を指す。
溶射膜は、磁性金属の面積率が５０％～８０％の範囲内であるものが好ましい。磁性金属の体積率が高くなるので、溶射膜の透磁率を高くすることができるからである。
磁性金属は、特に限定されないが、軟磁性金属が好ましい。軟磁性金属としては、例えば、鉄、ニッケル、鉄合金、ニッケル合金、鉄ニッケル合金等が挙げられる。鉄合金としては、特に限定されないが、例えば、Ｆｅ－３Ｓｉ等が挙げられる。
溶射膜は、図１に示される溶射膜（多孔質被削性膜）１４のように、固体潤滑剤をさらに含むものが好ましい。固体潤滑剤粒子をさらに含む溶射用粉末を溶射することで成膜することにより、磁性金属粒子どうしの密着を抑制できる。これにより、磁性金属の面積率を小さくすることが容易となり、溶射膜を被削性が高い多孔質被削性膜にすることが容易となるからである。また、ステータの溶射膜への凝着を抑制できるからである。
固体潤滑剤は、特に限定されないが、例えば、六方晶系窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、グラファイト（Ｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、及び二硫化タングステン（ＷＳ２）等から選ばれる１種又は２種以上を含むものが挙げられるが、六方晶系窒化ホウ素、グラファイト、及びポリテトラフルオロエチレン等の樹脂から選ばれる１種又は２種以上を含むものが好ましい。潤滑性が高いからである。
溶射膜の全体に対する固体潤滑剤の含有量は、特に限定されないが、例えば、２質量％～６質量％の範囲内、中でも３質量％～４．５質量％の範囲内が好ましい。溶射膜の磁性金属の面積率を所望の範囲内にすることが容易となるからである。
溶射膜は、固体潤滑剤に加え、アルミニウム（Ａｌ）をさらに含むものが好ましい。固体潤滑剤が溶射膜に残存し易くなるからである。
溶射膜の全体に対するアルミニウムの含有量は、特に限定されないが、例えば、３質量％～５質量％の範囲内が好ましい。３質量％以上であることにより、固体潤滑剤が溶射膜に残存し易くなる効果を期待できるからであり、５質量％以下であることにより、溶射膜の被削性の低下を抑制できるからである。なお、溶射膜の全体に対する磁性金属、固体潤滑剤、及びアルミニウムの含有量は、それぞれ、後述する溶射用粉末の造粒時に加えられる樹脂等の結合剤の含有量を考慮せずに算出されるものとする。また、溶射膜の全体に対する磁性金属の含有量は、固体潤滑剤及びアルミニウム以外の残部の含有量と考えてよい。
溶射膜の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲内が好ましく、中でも０．２ｍｍ～１．０ｍｍの範囲内、特に０．５ｍｍ～１．０ｍｍの範囲内が好ましい。これらの範囲の下限以上であることにより、溶射膜の代りに磁性材料を用いためっきを使用する場合と比較してレゾルバの磁気抵抗を下げることができるからである。これらの範囲の上限以下であることにより、溶射膜の成膜が容易になるからである。なお、溶射膜の厚さは、通常、均一にする。
ｂ．溶射膜の成膜方法
溶射膜は、溶射用粉末をロータコアの外周面に溶射することにより成膜する。
溶射用粉末は、磁性金属粒子を含む粉末である。なお、磁性金属粒子は、溶射膜に含まれる磁性金属から構成される粒子である。
溶射用粉末は、このような粉末であれば特に限定されないが、磁性金属粒子に加え、固体潤滑剤粒子をさらに含む粉末が好ましい。溶射膜を多孔質被削性膜にすることが容易となり、磁性金属の面積率を小さくすることが容易となるからである。また、ステータの溶射膜への凝着を抑制できるからである。なお、固体潤滑剤粒子は、溶射膜に含まれる固体潤滑剤から構成される粒子である。
溶射用粉末は、例えば、磁性金属粒子を含む粉末と固体潤滑剤粒子を含む粉末とを混合することで造粒された造粒粉末である。この造粒粉末は、図４に示される、磁性金属粒子１６及び固体潤滑剤粒子１８から樹脂等の結合剤で造粒された粒子２０のような造粒粒子からなる粉末である。溶射用粉末は、磁性金属粒子及び固体潤滑剤粒子が混合された状態で、ロータコアの外周面に溶射することができるのであれば、磁性金属粒子及び固体潤滑剤粒子を混合した粉末であってもよい。また、溶射用粉末は、造粒粉末の代わりに、クラッド法等により圧粉成形されたものであってもよい。なお、溶射用粉末は、磁性金属粒子の表面全体に、固体潤滑剤粒子が被覆されていることがより好ましい。
溶射用粉末の全体に対する固体潤滑剤粒子の含有量については、溶射膜の全体に対する固体潤滑剤の含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。
磁性金属粒子の粒径は、特に限定されないが、例えば、３８μｍ～１５０μｍの範囲内が好ましく、中でも４５μｍ～１２５μｍの範囲内が好ましい。固体潤滑剤粒子の粒径は、特に限定されないが、例えば、３μｍ～３０μｍの範囲内が好ましく、中でも３μｍ～１０μｍの範囲内が好ましい。上述した含有量で、磁性金属粒子の表面全体を、固体潤滑剤粒子でより均一に覆うことができるからである。
ここで、「粒径」とはレーザ回折式粒度分布測定法で測定された粒径のことをいい、このような粒径は、たとえば、ＪＩＳ Ｚ ２５１０に準拠した分級により得ることができる。なお、磁性金属粒子の表面全体に固体潤滑剤粒子が被覆されている場合、固体潤滑剤粒子の粒径は、磁性金属粒子の粒径よりも小さい。
溶射用粉末は、固体潤滑剤粒子に加え、アルミニウムから構成される粒子である、アルミニウム粒子（Ａｌ粒子）をさらに含むものが好ましい。アルミニウムは磁性金属及び固体潤滑剤の両方に対して濡れ性が高いので、溶射膜の成膜時にアルミニウム粒子により磁性金属粒子及び固体潤滑剤粒子の分離を抑制できるため、固体潤滑剤が溶射膜に残存し易くなるからである。
溶射用粉末の全体に対するアルミニウム粒子の含有量は、溶射膜の全体に対するアルミニウムの含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。アルミニウム粒子の粒径は、所望の特性の溶射膜を成膜できれば特に限定されないが、例えば、３μｍ～３０μｍの範囲内が好ましい。なお、溶射膜の全体に対する磁性金属粒子、固体潤滑剤粒子、及びアルミニウム粒子の含有量は、それぞれ、溶射用粉末の造粒時に加えられる樹脂等の結合剤の含有量を考慮せずに算出されるものとする。また、溶射用粉末の全体に対する磁性金属粒子の含有量は、固体潤滑剤粒子及びアルミニウム粒子以外の残部の含有量と考えてよい。
アルミニウム粒子は、溶射用粉末を造粒する際に、磁性金属粒子及び固体潤滑剤粒子と結合剤を介して結合される。溶射用粉末を溶射する際に、磁性金属粒子及び固体潤滑剤粒子と共に、アルミニウム粒子が均一に混合された状態で、ロータコアの外周面に溶射することができるのであれば、溶射用粉末は、磁性金属粒子、固体潤滑剤粒子、及びアルミニウム粒子を混合した粉末であってもよい。また、溶射用粉末は、造粒粉末の代わりに、クラッド法等により圧粉成形されたものであってもよい。
溶射用粉末の溶射方法は、溶射膜を成膜できれば特に限定されないが、例えば、ガスフレーム溶射法、プラズマ溶射法等が挙げられる。中でも、ガスフレーム溶射法が好ましい。プラズマ溶射法等の他の溶射法と比較して、低温で溶射用粉末を溶射できる。これにより、溶射膜の成膜時に磁性金属粒子どうしの間に固体潤滑剤をより多く介在させることができるので、磁性金属粒子どうしの金属結合を低減し、溶射膜の被削性を向上できるからである。
（１－２）コールドスプレー膜
コールドスプレー膜は、コールドスプレー法により成膜された多孔質被削性膜である。
ａ．コールドスプレー膜
コールドスプレー膜は、上記のようなものであれば特に限定されないが、磁性金属の面積率が４０％～８０％の範囲内であるものが好ましく、中でも磁性金属の面積率が５０％～８０％の範囲内であるものが好ましい。溶射膜と同様の理由からである。
磁性金属については、溶射膜に含まれる磁性金属と同様であるため、ここでの説明は省略する。
コールドスプレー膜は、固体潤滑剤をさらに含むものでもよい。磁性金属粒子どうしの密着を抑制できる。これにより、コールドスプレー膜を多孔質被削性膜にすることが容易となり、磁性金属の面積率を小さくすることが容易となるからである。また、ステータのコールドスプレー膜への凝着を抑制できるからである。なお、固体潤滑剤は、通常、コールドスプレー膜における磁性金属粒子どうしの間隙に充填されたものとなる。
固体潤滑剤については、溶射膜に含まれる固体潤滑剤と同様であるため、ここでの説明は省略する。コールドスプレー膜の全体に対する固体潤滑剤の含有量については、溶射膜の全体に対する固体潤滑剤の含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。
コールドスプレー膜は、溶射膜と同様に、固体潤滑剤に加え、アルミニウムをさらに含むものが好ましい。コールドスプレー膜の全体に対するアルミニウムの含有量については、溶射膜の全体に対するアルミニウムの含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。なお、コールドスプレー膜の全体に対する磁性金属の含有量は、固体潤滑剤及びアルミニウム以外の残部の含有量と考えてよい。
コールドスプレー膜の厚さについては、溶射膜の厚さと同様であるため、ここでの説明は省略する。
コールドスプレー膜は、溶射膜と異なり、磁性金属粒子を溶融させることなく固相状態のままで堆積させることにより成膜されるため、磁性金属粒子どうしが融着していない膜となる。よって、コールドスプレー膜は、溶射膜より被削性が高い。
ｂ．コールドスプレー膜の成膜方法
コールドスプレー膜は、コールドスプレー法により、例えば、圧縮ガスを用いて、スプレー用粉末を溶融させることなく固相状態のままで吹き付けることによって、ロータコアの外周面に付着、堆積させて成膜する。
スプレー用粉末は、磁性金属粒子を含む粉末である。磁性金属粒子は、コールドスプレー膜に含まれる磁性金属から構成される粒子である。
スプレー用粉末は、上記のような粉末であれば特に限定されないが、例えば、造粒用粉末から造粒した粉末が挙げられる。造粒用粉末としては、例えば、ガスアトマイズ粉末、水アトマイズ粉末、電解粉末等が挙げられるが、中でも電解粉末が好ましい。他の造粒用粉末と比較して、凹凸を多く含み表面に空間を有した形状となっているので付着効率が高い。このような理由から、スプレー用粉末として、造粒を行っていない電解粉末をそのまま用いてもよい。
スプレー用粉末に含まれる磁性金属粒子の粒径については、溶射用粉末に含まれる磁性金属粒子の粒径と同様であるため、ここでの説明は省略する。
スプレー用粉末は、磁性金属粒子に加え、固体潤滑剤粒子をさらに含む粉末でもよい。コールドスプレー膜における磁性金属粒子どうしの密着を抑制することができるからである。なお、固体潤滑剤粒子は、溶射膜に含まれる固体潤滑剤から構成される粒子である。
スプレー用粉末の全体に対する固体潤滑剤粒子の含有量については、コールドスプレー膜の固体潤滑剤の含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。スプレー用粉末に含まれる固体潤滑剤粒子の粒径については、溶射用粉末に含まれる固体潤滑剤粒子の粒径と同様であるため、ここでの説明は省略する。
スプレー用粉末は、磁性金属粒子及び固体潤滑剤粒子に加え、アルミニウム粒子をさらに含むものが好ましい。溶射用粉末と同様の理由からである。
スプレー用粉末の全体に対するアルミニウム粒子の含有量については、コールドスプレー膜の全体に対するアルミニウムの含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。スプレー用粉末に含まれるアルミニウム粒子の粒径については、溶射用粉末に含まれるアルミニウム粒子の粒径と同様であるため、ここでの説明は省略する。なお、スプレー用粉末の全体に対する磁性金属粒子の含有量は、固体潤滑剤粒子及びアルミニウム粒子以外の残部の含有量と考えてよい。
圧縮ガスは、特に限定されず、所望のコールドスプレー膜を成膜するために適宜設定することができる。例えば、圧力が高いものを用いることで、磁性金属粒子どうしの密着性を高くして、コールドスプレー膜における磁性金属の面積率を高くすることができ、圧力が低いものを用いることで、磁性金属粒子どうしの密着性を低くして、コールドスプレー膜における磁性金属の面積率を小さくすることができる。
圧縮ガスの種類は、所望のコールドスプレー膜を成膜できるものであれば特に限定されないが、例えば、窒素ガス若しくはヘリウムガス等の不活性ガス、又は空気等が挙げられる。
ロータコアの外周面に吹き付けるスプレー用粉末の温度等の成膜時の他の条件も、特に限定されず、所望のコールドスプレー膜を成膜するために適宜設定することができる。
（２）ロータコア
ロータコアの材料は、特に限定されず、磁性材料でもよいし、非磁性材料でもよい。非磁性材料である場合には、樹脂等の軽量な材料を用いることで、レゾルバを軽量化することができる。磁性材料としては、例えば、軟磁性材料が好ましく、軟磁性材料としては、例えば、電磁鋼板等が挙げられる。非磁性材料としては、例えば、樹脂、アルミニウム、マグネシウム等が挙げられる。
ロータコアは、特に限定されず、単一の板状の部材でもよいし、薄板又は薄膜の打ち抜いたコア片を複数積層した積層体でもよい。
ロータコアの外周面の形状は、ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ及びステータの間のギャップパーミアンスが変化するようにレゾルバを構成するものであれば特に限定されず、例えば、ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータの外周面及びステータコアのティースの先端面の間の間隔が周期的に変化する形状であればよい。ロータコアの外周面の形状としては、ロータコアの中心を回転軸と一致させた場合には、例えば、楕円形等のような非円形にすることができる。また、ロータコアの中心を回転軸とずらした場合には、円形にすることができる。ここで、「ロータコアの外周面の形状」とは、ロータを回転軸の軸方向から平面視した時のロータコアの外周面の形状を指す。
ロータコアの径は、特に限定されず一般的な径でもよい。また、ロータコアの厚さは、特に限定されず一般的な厚さでもよい。なお、ロータコアは、通常、図１に示されるように、モータ等の回転電機が有するシャフト等の回転部品が嵌入される貫通孔が設けられている。
（３）ロータ
ロータは、その回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ及びステータの間のギャップパーミアンスが変化するようにレゾルバを構成するものであれば特に限定されないが、例えば、ロータコアの中心を回転軸と一致させ、ロータコアの外周面の形状を非円形にしたものでもよいし、ロータコアの中心を回転軸とずらし、ロータコアの外周面の形状を円形にしたものでもよい。
ロータは、多孔質被削性膜がロータコアの外周面における突出部に設けられたものであれば特に限定されず、多孔質被削性膜がロータコアの外周面の全体に設けられたものでもよいし、ロータコアの外周面の一部に設けられたものでもよい。
２．ステータ
ステータは、ロータの外周面を取り囲むように配置され、ロータの外周面側に突出する複数のティースが周方向に沿って間隔をあけて設けられたステータコアと、ティースに巻回されたコイルとを有するものである。
ステータコアの材料は、磁性材料であれば特に特に限定されないが、例えば、電磁鋼板等の軟磁性材料が好ましい。ステータコアは、特に限定されず、単一の板状の部材でもよいし、薄板又は薄膜の打ち抜いたコア片を複数積層した積層体でもよい。また、ステータコアのティースは、特に限定されず、例えば、一般的なティースでもよい。
コイルは、特に限定されず、通常、励磁信号が入力されることでティースを励磁する励磁コイルと、上記のギャップパーミアンスの変化に応じた検出信号が出力される検出コイルと、を含むものである。また、コイルの巻回方法も、特に限定されず、例えば、一般的な巻回方法でもよい。
ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、本実施形態に係るレゾルバの他の例におけるステータを示す概略平面図である。
図５（ａ）に示されるステータ３０は、ステータコア３２の内周側における隣接するティース３２ｔの間に、ティース３２ｔの先端面３２ｔａよりも、ロータの外周面側に突出する切削用突起３２ｐが設けられている。また、図５（ｂ）に示されるステータ３０は、ステータコア３２における複数のティース３２ｔの先端面３２ｔａに切削用突起３２ｐが設けられている。
ステータとしては、特に限定されないが、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、ステータコアにロータの外周面側に突出する切削用突起が設けられたものが好ましい。ロータの外周面にステータが接触する場合に、多孔質被削性膜が切削用突起により容易に切削可能となるために、溶射膜の破損及びステータの摩耗や溶射膜への凝着を効果的に抑制することができるからである。なお、切削用突起は、先端がティースよりも鋭角である。切削用突起は、ティースよりもロータの外周面側に突出したものでもよいが、ティースと同じだけロータの外周面側に突出したものでもよい。なお、切削用突起は、上記の板状の部材又は積層体からステータコアの一部として形成される。
３．レゾルバ
レゾルバは、ロータとステータとを備え、ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、ロータ及びステータの間のギャップパーミアンスが変化するように構成されたものである。
ロータの外周面及びステータコアのティースの先端面の間隔は、特に限定されないが、例えば、１．０ｍｍ以下の範囲内であり、０．５ｍｍ以下の範囲内が好ましく、中でも０．２ｍｍ以下の範囲内が好ましく、特に０．１ｍｍ以下の範囲内が好ましい。間隔を小さくすることにより、レゾルバの磁気抵抗を下げ、レゾルバの検出感度を向上させることができるからである。
ここで、「ロータの外周面及びステータコアのティースの先端面の間隔」とは、ロータが回転軸の軸回りに回転する際に、ロータの外周面及びステータコアのティースの先端面の間隔が最も短くなる時の最短の間隔を指す。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本実施形態に係るレゾルバをさらに、具体的に説明する。
ここで、図６（ａ）は、実施例及び比較例で作製する溶射試験片を示す概略断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示される溶射試験片を示す概略上面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示される溶射試験片を示す概略側面図である。
〔実施例１〕
まず、粒径４５μｍ～１２５μｍのＦｅ－３Ｓｉ粒子と、粒径３μｍ～１０μｍのｈ－ＢＮ粒子（六方晶系窒化ホウ素粒子）と、粒径２０μｍ以下のＡｌ粒子と、を準備し、溶射用粉末の全体に対して、ｈ－ＢＮ粒子：６．０質量％、Ａｌ粒子：４．０質量％、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：残部となるように混合し、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子の周りにｈ－ＢＮ粒子及びＡｌ粒子をバインダ樹脂を介して付着させ、溶射用粉末を造粒により作製した。
次に、図６に示される、Ａｌ－１２Ｓｉから構成される、幅３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、Ｒ５０（ｍｍ）の蒲鉾状の試験片１２Ｔを準備した。続いて、試験片の表面１２Ｔａに平均粒径３５０μｍのブラスト材でショットブラストを行った。
次に、溶射用粉末を試験片の表面１２Ｔａに溶射することにより、図６に示される、試験片の表面１２Ｔａに最大膜厚が約１ｍｍの溶射膜１４Ｔが成膜された溶射試験片１０Ｔを作製した。具体的には、ガスフレーム溶射装置を用いて、溶射用粉末を、試験片の表面１２Ｔａにフレーム溶射し、溶射膜１４Ｔを成膜した。溶射ガンに供給するガスのガス圧を、酸素ガス：３２ｐｓｉ、水素ガス（燃料ガス）：２８ｐｓｉ、及び空気：６０ｐｓｉとして、供給ガスのガス流量を、酸素ガス：３２ＮＬＰＭ、水素ガス：１５５．８ＮＬＰＭ、空気：１０２．３ＮＬＰＭとした。成膜時の溶射ガンに供給する溶射用粉末の供給量を９０ｇ／分として、溶射ガンの先端から試験片１２Ｔまでの距離を２３０ｍｍとし、溶射ガンの移動速度を３０ｍ／分、ピッチ６ｍｍとした。
〔実施例２〕
溶射用粉末の全体に対して、ｈ－ＢＮ粒子：４．５質量％、Ａｌ粒子：４．０質量％、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：残部となるように混合し、溶射用粉末を作製した点を除いて、実施例１と同様に、溶射試験片を作製した。
〔実施例３〕
溶射用粉末の全体に対して、ｈ－ＢＮ粒子：３．０質量％、Ａｌ粒子：４．０質量％、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：残部となるように混合し、溶射用粉末を作製した点を除いて、実施例１と同様に、溶射試験片を作製した。
〔実施例４〕
溶射用粉末の全体に対して、ｈ－ＢＮ粒子：２．５質量％、Ａｌ粒子：４．０質量％、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：残部となるように混合し、溶射用粉末を作製した点を除いて、実施例１と同様に、溶射試験片を作製した。
〔比較例１〕
溶射用粉末の全体に対して、ｈ－ＢＮ粒子：７．５質量％、Ａｌ粒子：４．０質量％、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：残部となるように混合し、溶射用粉末を作製した点を除いて、実施例１と同様に、溶射試験片を作製した。
〔比較例２〕
溶射用粉末の全体に対して、ｈ－ＢＮ粒子：１．８質量％、Ａｌ粒子：４．０質量％、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：残部となるように混合し、溶射用粉末を作製した点を除いて、実施例１と同様に、溶射試験片を作製した。
〔比較例３〕
Ｆｅ－３Ｓｉ粒子のみからなる溶射用粉末（Ｆｅ－３Ｓｉ粒子：１００質量％）を作製した点、及び最大膜厚が約１．２５ｍｍの溶射膜を成膜した点を除いて、実施例１と同様に、溶射試験片を作製した。
［ＳＥＭ観察］
実施例及び比較例の溶射試験片における溶射膜の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した。図７は、実施例１～３及び比較例３における溶射膜の断面のＳＥＭ画像である。また、実施例及び比較例における溶射膜の断面のＳＥＭ画像から、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子の面積率を測定した。下記の表１に、実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率を溶射用粉末の全体に対するｈ－ＢＮ粒子の含有量とともに示す。
Figure 0007028152000001
図７に示されるように、実施例１～３における溶射膜は、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子どうしの間に間隙が存在する多孔質被削性膜となっており、ｈ－ＢＮ粒子の含有量が大きくなるほど、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子の面積率が小さくなり、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子どうしの間隙の面積率が大きくなっている。また、実施例１～３における溶射膜は、ｈ－ＢＮ粒子がＦｅ－３Ｓｉ粒子どうしの間隙に充填されたものとなっている。比較例３における溶射膜は、Ｆｅ－３Ｓｉ粒子どうしの間に間隙がほとんど存在しない膜となっている。
［ビッカース硬さ］
実施例及び比較例の溶射試験片における溶射膜のビッカース硬さを測定した。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）によるビッカース硬さ試験において、試験力０．０１ｋｇｆ、かつ荷重保持時間１０秒である場合の溶射膜のビッカース硬さを測定した。図８は、実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対する溶射膜のビッカース硬さを示すグラフである。
図８に示されるように、実施例及び比較例における溶射膜は、Ｆｅ－３Ｓｉの面積率が大きくなるほど、ビッカース硬さが大きくなった。
［被削性試験］
実施例及び比較例の溶射試験片に対し、図９に示される被削性試験装置を用いて被削性試験を行った。図９（ａ）は、被削性試験装置を示す概略平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面を示す概略断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）のＹ部分の拡大図である。なお、図９（ｃ）には、その図に示されるステータ試験片の平面図を鎖線枠内に示した。
被削性試験においては、まず、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示されるように、溶射試験片１０Ｔを被削性試験装置５０の回転ロータ５３に取付けた。次に、図９（ｃ）に示されるように、Ｒ０．２（ｍｍ）の丸みが付けられた２５°の先端角を有し、幅５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ（ｔ＝０．５）の電磁鋼板を８枚積層することで作製したステータ試験片３０Ｔを可動装置５４に取付けた。次に、可動装置５４に取付けたステータ試験片３０Ｔの先端を溶射試験片１０Ｔにおける溶射膜１４Ｔに当接させた状態で、ステータ試験片３０Ｔの位置を固定した。次に、高回転モータ５６により回転ロータ５３を回転速度３０００ｒｐｍで回転させ、可動装置５４によりステータ試験片３０Ｔを５μｍ／ｒｅｖの速度で溶射膜１４Ｔに押し付けて、押し付け長さが５００μｍになった時点で、回転ロータ５３の回転を停止した。被削性試験は、移動式カンタルヒータ５８を移動させることで、その加熱炉５８ａ内に溶射試験片１０Ｔを配置し、１５０℃の雰囲気温度にて行った。
回転ロータ５３の回転停止後、溶射試験片１０Ｔにおける溶射膜１４Ｔの切削厚さを測定し、ステータ試験片３０Ｔの先端からの摩耗長さを測定した。図１０は、実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対する溶射膜の切削厚さを示すグラフである。図１１は、実施例及び比較例における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対するステータ試験片の摩耗長さを示すグラフである。
溶射膜１４ＴのＦｅ－３Ｓｉの面積率が４０％未満である場合には、図１０に示されるように、溶射膜の切削厚さが大幅に大きくなった。これは、溶射膜１４Ｔにおけるステータ試験片３０Ｔの接触箇所を含む部分が脱落したからであるが、溶射膜１４Ｔが脆いことによるものと考えられる。一方、溶射膜１４ＴのＦｅ－３Ｓｉの面積率が８０％を超える場合には、図１０に示されるように、溶射膜１４Ｔの切削厚さが大幅に小さくなり、図１１に示されるように、ステータ試験片３０Ｔの摩耗長さが大幅に長くなった。これは、溶射膜１４Ｔの被削性が低いことによるものと考えられる。また、この場合には、押し付け長さが５００μｍになる前に被削性試験装置で異常音が発生するとともに回転ロータ５３が回転を停止した。これは、ステータ試験片３０Ｔが溶射膜１４Ｔに凝着し、溶射膜１４Ｔに対する圧力負荷が過大となったことによるものと考えられる。これらに対して、溶射膜１４ＴのＦｅ－３Ｓｉの面積率が４０％～８０％の範囲内である場合には、溶射膜１４Ｔにおけるステータ試験片３０Ｔの接触箇所を含む部分が脱落することなく、押し付け長さが５００μｍになる前に回転ロータ５３が回転を停止することなく、溶射膜１４Ｔにおけるステータ試験片３０Ｔの接触箇所が切削されるか、又は凹んだ。
［比透磁率］
実施例及び比較例の溶射試験片における溶射膜の比透磁率を、交流磁気特性測定装置を用いた方法により求めた。図１２は、実施例及び比較例の溶射試験片における溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率に対する溶射膜の比透磁率を示すグラフである。
図１２に示されるように、溶射膜のＦｅ－３Ｓｉの面積率が５０％未満である場合には、溶射膜の比透磁率が大幅に低くなった。これは、溶射膜における磁性金属の体積率が低いことによるものと考えられる。
以上、本発明に係るレゾルバの実施形態について詳細に説明したが、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
１００ レゾルバ
１０ ロータ
１２ ロータコア
１４ 多孔質被削性膜
３０ ステータ
３２ ステータコア
３４ コイル

Claims (6)

  1. ロータと、前記ロータの外周面を取り囲むように配置されたステータと、を備え、
    前記ロータはロータコアを有し、前記ステータは、前記ロータの外周面側に突出する複数のティースが周方向に沿って間隔をあけて設けられたステータコアと、前記複数のティースに巻回されたコイルとを有し、
    前記ロータの回転軸の軸回りの回転に伴い、前記ロータ及び前記ステータの間のギャップパーミアンスが変化するように構成されたレゾルバであって、
    前記ロータは、前記ロータコアの外周面における突出部に設けられた磁性金属を含む多孔質被削性膜をさらに有することを特徴とするレゾルバ。
  2. 前記多孔質被削性膜は溶射膜であることを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ。
  3. 前記多孔質被削性膜は、コールドスプレー法により成膜されたコールドスプレー膜であることを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ。
  4. 前記磁性金属の面積率は４０％～８０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載のレゾルバ。
  5. 前記多孔質被削性膜は、固体潤滑剤をさらに含むことを特徴とする請求項１から４いずれか一項に記載のレゾルバ。
  6. 前記ステータコアに前記ロータの外周面側に突出する切削用突起が設けられたことを特徴とする請求項１から５いずれか一項に記載のレゾルバ。
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