JP7465168B2 - レゾルバ - Google Patents

Description

本発明はレゾルバに関し、特に回転電機の中に封止されたオイルを循環して冷却する技術に関する。

回転角度を検出する角度センサとしてレゾルバが知られている。レゾルバは、モータ等の回転電機の回転軸に固定されて回転するロータと、ハウジング等に固定されてロータと径方向で対向配置されるステータとを備えている。ステータには励磁巻線と検出巻線からなるステータ巻線が巻回され、検出巻線はｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を出力する巻線から構成されている。励磁電圧を励磁巻線に印加し、レゾルバのロータが回転すると、ロータとステータとの間に形成されたギャップの寸法が変化し、この変化に応じた電圧が検出巻線に誘起される。この検出巻線に生じた電圧はロータの回転角度を反映した信号であり、この信号によって回転軸の角度を検出することができる。

角度センサであるレゾルバを取り付けたモータ等の回転電機がオイル（潤滑オイル等）中に浸された環境下で使われる場合がある。回転電機の中に封止されたオイルは、回転電機のコイルで発熱した熱を放熱して冷却するために用いられるため（油冷方式）、効率的な冷却を行うためには、オイルを効率よく循環させる必要がある。このような構成として、レゾルバとモータのロータとの間に、モータ冷却装置を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７および図８は特許文献１に開示されたモータ冷却装置３０を示すものである。このモータ冷却装置３０では、モータ１０のシャフト１２とロータ１３が回転すると、冷却オイルがかき上げられて、モータ１０のステータ１５やコイルエンド１６などにかかる。コイルエンド１６の表面などにかかった冷却オイルは、モータ冷却装置３０の上部からモータ冷却装置３０に落下し、落下した冷却オイルは、オイル受け板４７に当たってオイルキャッチ部４０の溝４２の中に流入する。

冷却オイルは、閉止板４８の近傍に設けられた開口４３からチャンバ４４の内部に流れ、チャンバ４４の内部からパイプ４５に中に流入し、パイプ４５の先端の開口４６からロータ１３に向って吹き出し、効率的にロータ１３を冷却することができる。このように、レゾルバ２０のレゾルバステータ２１をオイルキャッチ部４０の構成部材として用いることにより、モータ１０を効果的に冷却することができる。

特開２０２０－６５３５５号公報

特許文献１では、モータ冷却装置３０を構成するオイルキャッチ部４０の構成部材として、レゾルバ２０のステータ２１を用いることにより、モータ１０を効果的に冷却するものであるが、レゾルバ２０のステータ２１の他にも多数の部品からなっている。このため、構造が複雑化するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、レゾルバがオイル（冷却オイルや潤滑オイル等）に浸された環境の中で使用された場合において、簡易な構成でオイルを効率よく循環して冷却できるレゾルバを提供することを目的としている。

本発明は、回転電機に搭載されるレゾルバであって、前記回転電機は、ケーシングと、前記ケーシングの開口に取り付けられたカバーと、前記ケーシングに収容されるオイルと、を備え、前記レゾルバは、前記回転電機の回転軸に取り付けられたロータと、該ロータを取り囲むステータと、を備え、前記ロータは、その内周面に前記回転電機の前記回転軸が圧入され、その外周面に周方向に沿って複数の凸部を備え、前記凸部は、前記ロータの軸方向全長にわたって、前記回転軸の軸方向に対して、前記回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜し、前記ロータは、その内周面に、周方向に沿って複数の凹部を備え、前記凹部と前記回転軸の外周面とによって貫通孔を構成し、前記貫通孔は、前記ロータの軸方向全長にわたって、前記回転軸の軸方向に対して、前記回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜し、前記凸部の内周側に前記凹部が配置されているレゾルバである。

本発明にあっては、ロータの外周面に設けた凸部が回転軸の軸方向へ向けて所定角度傾斜しているから、凸部がポンプの羽根車として機能し、レゾルバの回転に伴ってオイルが攪拌され、レゾルバのロータの軸方向一端側から流入したオイルを軸方向他端側に排出する。このように、本発明では、ロータに傾斜した凸部を設けるという簡易な構成でオイルを循環して冷却することができる。

また、凸部は、ロータの軸方向全長にわたって、回転軸の軸方向に対して、回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜し、ロータは、その内周面に、周方向に沿って複数の凹部を備え、凹部と回転軸の外周面とによって貫通孔を構成し、貫通孔は、ロータの軸方向全長にわたって、回転軸の軸方向に対して、回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜し、凸部の内周側に凹部が配置されているから、貫通孔がスクリューポンプのように機能し、オイルを効率良く取り込むことができる。このような貫通孔は、ロータの内周面と外周面との間に設けることもできる。

また、ステータは、環状のコアバック部と、コアバック部から径方向内側に突出する複数のティースを備え、複数のティースにはステータ巻線が巻回され、隣接するティース間にはスロットが形成され、スロット内に配置されたステータ巻線は樹脂にて封止され、ステータの内周面が樹脂によって円筒状に形成されていることができる。このような態様では、ステータ巻線などによってオイルの排出が妨げられることなく、円滑に排出される。

本発明によれば、簡易な構成でオイルを効率よく循環して回転電機を冷却できるレゾルバを提供することができる。

本発明の実施形態に係るレゾルバを搭載したモータを示す断面図である。 図１におけるモータのシャフト（回転軸）にレゾルバを配置した構成を示す平面図である。 図２におけるロータの斜視図である。 図３におけるロータの平面図である。 図２におけるモータの回転軸を除いたレゾルバの平面図である。 本実施形態における変形例を示すステータの平面図である。 特許文献１に開示されたレゾルバが装着されたモータの断面図である 図７に示すモータにおけるレゾルバの斜視図である。

１．モータの構成
図１は本発明の実施形態のレゾルバ１００が搭載されたモータを示す断面図である。図において符号５０はケーシングである。ケーシング５０は有底円筒状をなす樹脂製のもので、その開口部にはカバー５１がねじ等の適宜な手段で取り付けられている。ケーシング５０の底面中央部には軸受５２が取り付けられ、軸受５２には、シャフト（回転軸）５３の一端部が回転可能に支持されている。

カバー５１の中央部には、シャフト５３の軸方向に突出するボス部５１ａが形成され、ボス部５１ａの内部には小径凹部５１ｂが形成されている。小径凹部５１ｂには軸受５４が取り付けられ、軸受５４にはシャフト５３の他端部が回転可能に支持されている。

シャフト５３の軸方向中間部には、モータロータ５５が圧入や接着などの手段により固定されている。一方、ケーシング５０の内周面には、モータステータ５６がモータロータ５５に対して隙間を空けて固定されている。モータステータ５６は、軟磁性のコアを複数枚数積層してなる環状のステータコア５７と、ステータコア５７のティースに樹脂製のインシュレータを介して巻回されたコイル５８とを備えている。

２．レゾルバの構成
図１～図６を参照して実施形態のレゾルバについて説明する。
図１に示すように、小径凹部５１ｂに隣接して小径凹部５１ｂよりも大径な大径凹部５１ｃが形成されている。そして、大径凹部５１ｃには、レゾルバ１００が配置されている。

図２は、実施形態のレゾルバ１００を示す平面図である。この図に示すレゾルバ１００は、インナーロータ形のＶＲ（バリアブルリラクタンス）型レゾルバである。レゾルバ１００は、ステータ１５０と、ステータ１５０の内側において回転可能なロータ１１０を備え、ロータ１１０はステータ１５０との間に所定の隙間を隔てて対向配置されている。

図２～図４を参照してロータ１１０について説明する。ロータ１１０は、その外周面であって、周方向に４つの凸部１１１を形成した軸倍角４Ｘの構造を有しており、内周面には、周方向に、複数（本実施形態では４つ）の凹部（貫通孔）１１２が形成され、凹部１１２はシャフト５３の軸方向に連通している。ロータ１１０は、モータのシャフト５３に圧入によって取り付けられ、凹部１１２とシャフト５３の外周面とによって、凹部１１２が貫通孔として形成されている。

ロータ１１０は、薄板状の軟磁性のコアを複数枚積層して構成されている。ロータ１１０は、コアを周方向（回転方向）に１枚ずつ所定の角度をずらして積層されカシメ固定されている。ロータ１１０の外周面に形成された凸部１１１は、ロータ１１０の軸方向全長にわたって連続して、シャフト５３の軸方向に対して所定の角度傾いて構成されているため、凸部１１１の周方向両側に傾斜部１１１ａを形成している。その結果、傾斜部１１１ａは、シャフト５３の軸方向へ向け螺旋状をなしている。

同様に、ロータ１１０の内周面に形成された凹部１１２も、ロータ１１０の軸方向全長にわたって連続して、シャフト５３の軸方向に対して、所定の角度（凸部１１１と同じ角度）で傾斜しているため、凹部１１２の両側に傾斜部１１２ａを形成している。その結果、凹部１１２は、シャフト５３の軸方向へ向け螺旋状をなしている。なお、ロータ１１０は軸倍角４Ｘに限定されない。

ロータ１１０の回転方向が、図３および図４において時計回りの方向に回転したとき、凸部１１１の傾斜部１１１ａの傾斜した角度は、モータロータ５５と対向する面側からモータロータ５５と対向する面の反対面側に向けて、回転方向に対して、下り勾配（換言すれば、後退するよう）に設定されている。同様に、凹部１１２の傾斜部１１２ａも、ロータ１１０の回転方向に対して、下り勾配（換言すれば、後退するよう）に設定されている。

次に、図５および図６を参照してステータ１５０について説明する。ステータ１５０は、軟磁性のコアを複数枚数積層しカシメ固定してなる環状のステータコア１５１と、ステータコア１５１に装着した樹脂製のインシュレータ１５２とを備えている。ステータコア１５１を構成する軟磁性の薄板状のコアは、環状のコアバック部１５３から径方向内側に延在する複数のティース（極歯）１５４（本実施例では１４個のティース）を有している。ティース１５４には、インシュレータ１５２を介してステータ巻線１５５が巻回されている。ステータ巻線１５５は、励磁巻線と検出巻線からなり、検出巻線はｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を出力する。

また、環状のコアバック部１５３には、ステータコア１５１の径方向外側に突出する７箇所の取付部１５６が形成されている。各取付部１５６には貫通孔１５６ａが形成されており、この貫通孔１５６ａにボルトを挿通し、モータのハウジング（図示略）に形成されたねじ孔に螺合して固定している。また、コアバック部１５３には、複数の長孔１５３ａが形成されている。この長孔１５３ａは、シャフト５３の軸方向と平行な貫通孔となっており、ステータ巻線１５５の巻線端線１５５ａに弛みを形成する治具（図示略）に設けた弛み形成用ピン（図示略）を挿入するために設けているが、軸方向に連通する貫通孔となっているため、オイルはこの長孔１５３ａを流通することができる。なお、ティースの数は１４個に限定されない。また、取付部の個数も７箇所に限定されない。

ステータコア１５１に装着されたインシュレータ１５２は、その外周端からステータコア１５１の径方向外側に延在して端子ピン基台部１５７が一体に形成されている。端子ピン基台部１５７には、複数（この例では６本）の端子ピン１５８が植設されている。端子ピン１５８はＬ字状をなし、その一方の端部には軸方向に延在するピン状の絡げ部接続部１５８ａが形成され、絡げ部接続部１５８ａにはステータ巻線１５５の巻線端線１５５ａが絡げ接続されている。端子ピン１５８の他方の端部には、径方向外側に向かって延在する平板状のターミナル１５８ｂが形成され、ターミナル１５８ｂにはリード線の芯線（図示略）が接続される。

端子ピン基台部１５７の端部には、リード線の先端（被覆を剥き芯線を露出させた先端部分）を収めるリード線収容溝１５９がリード線の数に合わせて（この場合は、６カ所）設けられている。端子ピン１５８のターミナル１５８ｂは、リード線収容溝１５９の底面に露出して配置されている。

ステータコア１５１と６本の端子ピン１５８を金型にセットし、これらをインサート材として金型内に樹脂を射出して、インシュレータ１５２と端子ピン基台部１５７を一体に成形されている。

ステータ巻線１５５の巻線端線１５５ａは、それぞれの位置の端子ピン１５８の絡げ部接続部１５８ａに絡げられて電気的に接続される。接続の方法としては、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接が用いられるが、ＴＩＧ溶接に限定されるものではなく、電気的に接続される手段であれば半田付け等の他の方法であってもよい。リード線の接続は、リード線収容部にリード線を収容し、露出させたリード線の芯線をターミナル１５８ｂの上に載置し、抵抗溶接でリード線の芯線とターミナル１５８ｂを接合するが、抵抗溶接に限定されるものではなく、電気的に接続される手段であれば他の方法であってもよい。

３．レゾルバにおけるオイルの循環動作
モータのシャフト５３の回転に伴い、モータのシャフト５３に圧入して取り付けたレゾルバ１００のロータ１１０も回転する。レゾルバ１００のロータ１１０の外周面には４つの凸部１１１が形成され、シャフト５３の軸方向に対して、所定の角度傾いて傾斜部１１１ａが形成されている。また、レゾルバ１００のロータ１１０の内周面には４つの凹部１１２が形成され、シャフト５３の軸方向に対して、凸部１１１の傾斜部１１１ａと同じ所定の角度傾いて傾斜部１１２ａが形成されている。ロータ１１０の外周面に形成した４つの凸部１１１が、ポンプの羽根車として機能し、レゾルバ１００のロータ１１０の回転に伴ってオイルが攪拌され、レゾルバ１００のロータ１１０の軸方向の一方の端部から流入したオイルを軸方向の他方の端部側、つまりモータロータ５５側に排出する。

同様に、レゾルバ１００のロータ１１０の内周面に形成した複数の凹部１１２は軸方向全長にわたって形成されているため、ロータ１１０をシャフト５３に圧入することで凹部１１２が貫通孔を形成する。この凹部１１２がスクリューポンプのように機能し、レゾルバ１００のロータ１１０の一方の端部から４つの凹部１１２に流入したオイルが、流動通路として機能する凹部１１２内を通過して他方の端部側に効率よく排出される。したがって、モータ内に封止したオイルを効率よく循環でき、モータの冷却性能を向上することができる。このように、上記実施形態では、ロータ１１０に傾斜した貫通孔を設けるという簡易な構成でオイルを循環して冷却することができる。

特に上記実施形態では、コアを周方向に１枚ずつ所定角度ずらして積層することにより、凸部１１１の螺旋状をなす傾斜部１１１ａと、凹部１１２の螺旋状をなす傾斜部１１２ａとを形成しているから、そのような複雑な形状の傾斜部１１１ａ，１１２ａをコアへのパンチングという簡単なプレス加工で構成することができる。

４．変更例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
（１）本実施形態では、ターミナル１５８ｂにリード線を接続する構成であるが、リード線の接続構造に代えて、インシュレータ１５２にコネクタハウジングを一体に形成し、端子ピン１５８の他方の端部をコネクタハウジングの内部に配置してコネクタピンとして用いたコネクタ構造としてもよい。

（２）上述のインシュレータ１５２を一体に成形する構造に代えて、インシュレータを第１のインシュレータと第２のインシュレータからなる半割にし、ステータコア１５１にそれぞれ装着する構成であってもよい。

（３）レゾルバ１００のロータ１１０のコアの内周面に複数の凹部（４箇所）を形成しているが、ロータコアの内周面と外周面との中間部に複数の貫通孔を形成し、オイルが流通するように構成してもよい。この貫通孔も、シャフト５３の軸方向に対して、所定の角度（凸部１１１と同じ角度）で傾斜して形成される。

（４）上記実施形態では、レゾルバ１００のステータコア１５１のティース１５４にステータ巻線１５５が巻回され、隣接するティース１５４間にはスロット１６１が形成されている。レゾルバ１００のロータ１１０が回転した時、オイルを攪拌し、モータロータ５５側に排出するが、レゾルバ１００のステータ１５０のスロット１６１内にある巻線端線１５５ａによって、オイルの排出動作を妨げる虞がある。このため、図６に示すように、スロット１６１内にあるステータ巻線１５５を樹脂（例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂）１６０でモールドし、ステータコア１５１の内周面１５１ａは円筒状になるようにすることで、ステータ巻線１５５などによってオイルの排出が妨げられることなく、円滑に排出される。この結果、効率よくモータを冷却することができる。

５０…ケーシング、５１…カバー、５１ａ…ボス部、５１ｂ…小径凹部、５１ｃ…大径凹部、５２…軸受、５３…シャフト（回転軸）、５４…軸受、５５…モータロータ、５６…モータステータ、５７…ステータコア、５８…コイル、１００…レゾルバ、１１０…ロータ、１１１…凸部、１１１ａ…傾斜部、１１２…凹部、１１２ａ…傾斜部、１５０…ステータ、１５１…ステータコア、１５１ａ…内周面、１５２…インシュレータ、１５３…コアバック部、１５３ａ…長孔、１５４…ティース、１５５…ステータ巻線、１５５ａ…巻線端線、１５６…取付部、１５６ａ…貫通孔、１５７…端子ピン基台部、１５８…端子ピン、１５８ａ…絡げ部接続部、１５８ｂ…ターミナル、１５９…リード線収容溝、１６０…樹脂、１６１…スロット。

Claims (3)

1. 回転電機に搭載されるレゾルバであって、
   前記回転電機は、ケーシングと、
   前記ケーシングの開口に取り付けられたカバーと、
   前記ケーシングに収容されるオイルと、を備え、
   前記レゾルバは、前記回転電機の回転軸に取り付けられたロータと、該ロータを取り囲むステータと、を備え、
   前記ロータは、その内周面に前記回転電機の前記回転軸が圧入され、その外周面に周方向に沿って複数の凸部を備え、
   前記凸部は、前記ロータの軸方向全長にわたって、前記回転軸の軸方向に対して、前記回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜し、
   前記ロータは、その内周面に、周方向に沿って複数の凹部を備え、前記凹部と前記回転軸の外周面とによって貫通孔を構成し、
   前記貫通孔は、前記ロータの軸方向全長にわたって、前記回転軸の軸方向に対して、前記回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜し、
   前記凸部の内周側に前記凹部が配置されているレゾルバ。
2. 前記ロータは、その内周面と外周面との中間部に、前記軸方向において連通する複数の貫通孔を有し、該貫通孔は、前記ロータの軸方向全長にわたって、前記回転軸の軸方向に対して、前記回転電機側から視て回転方向に向かって下り勾配となる角度で傾斜している請求項１に記載のレゾルバ。
3. 前記ステータは、環状のコアバック部と、該コアバック部から径方向内側に突出する複数のティースを備え、
   前記複数のティースにはステータ巻線が巻回され、隣接する前記ティース間にはスロットが形成され、
   前記スロット内に配置された前記ステータ巻線は樹脂にて封止され、
   前記ステータの内周面が前記樹脂によって円筒状に形成されている請求項１または２に記載のレゾルバ。

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