WO2016135819A1

WO2016135819A1 - 回転電機

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Publication number: WO2016135819A1
Application number: PCT/JP2015/055005
Authority: WO
Inventors: 隆二北村; 中村　成志; 省吾岡本; 井上　正哉
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-09-01
Also published as: US20170358974A1; US10811947B2; DE112015006209T5; CN107306514B; CN107306514A; JP6246416B2; JPWO2016135819A1

Abstract

筒状のケースにセンサステータの組み付けが不要となり、固定子を筒状のケースに組み入れることでセンサステータを筒状ケースの内部に容易に配置することが可能である回転電機を得る。回転軸（１００）に保持され該回転軸（１００）の軸方向に配置された回転子（１）及びセンサロータ（２）と、筒状のケース（１１）の内側に回転子（１）と対向して配置される固定子（５）と、固定子（５）の軸方向の端部に設けられたセンサ支持部材（７）に支持され、センサロータ（２）に対向して配置されたセンサステータ（６）とを備えている。

Description

回転電機

　この発明は、センサロータとセンサステータを有する回転電機に関するものである。

　従来、センサの一種であるレゾルバを備えた回転電機としては、センサステータであるレゾルバステータが円筒状ケースであるヨークハウジングの開口部を閉塞するエンドプレートの内側に固定された構造のもの、即ちセンサステータが円筒状ケースの回転電機内側に取り付けられたタイプのもの（例えば、特許文献１を参照）、あるいはセンサステータであるレゾルバステータが円筒状ケースであるステータケースの開口部に設けたフランジの外側に取り付けられた構造のもの、即ちセンサステータが円筒状ケースの回転電機外側に取り付けられたタイプのもの（例えば、特許文献２を参照）がある。

特許第５１３８４８９号公報特開２０１３－２２５９５３号公報

　従来のこの種回転電機は上述のように構成されているので、センサステータの信号線の端子部は、円筒状ケースの外部にある制御装置の信号線の端子部（外部端子部）と電気的に接続する必要がある。そのため、上記特許文献のように円筒状ケースのエンドプレートあるいはフランジ等にセンサステータを組み付ける構造では、円筒状ケースにセンサステータを組み付ける工程、センサステータの信号線を配回す工程、センサステータの端子部を外部端子部と接続する工程、固定子を円筒状ケースに組み付ける工程、固定子の信号線を配回す工程、固定子の端子部を外部端子部と接続する工程を別々に実施する必要があり、組み付け作業の工程数が多くなる。また、上記のように円筒状ケースにセンサステータを組み付ける構造では、円筒状ケースにセンサステータを取り付けるための取付構造部材を設ける必要があるため、円筒状ケースの構造が複雑になる。また、回転電機の軸方向の長さも増加する。

　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒状のケースにセンサステータの組み付けが不要となり、固定子を筒状のケースに組み入れることでセンサステータを筒状ケースの内部に容易に配置可能な回転電機を得るものである。

　この発明に係る回転電機は、回転軸に保持され該回転軸の軸方向に配置された回転子及びセンサロータと、筒状のケースの内側に回転子と対向して配置される固定子と、固定子の軸方向端部に設けられたセンサ支持部材に支持され、センサロータに対向して配置されたセンサステータを備えたものである。

　この発明の回転電機によれば、筒状のケースの内部にセンサステータを容易に配置することが可能な回転電機を得ることができる。

　この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に備えられるセンサステータの第１の組立て工程を説明するために図１における矢印Ａ方向から見たセンサの取付け要部を示す矢視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に備えられるセンサステータの第２の組立て工程を説明するために図１における矢印Ａ方向から見たセンサの取付け要部を示す矢視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に備えられるセンサステータの第３の組立て工程を説明するために図１における矢印Ａ方向から見たセンサの取付け要部を示す矢視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に備えられるセンサステータの第４の組立て工程を説明するために図１における矢印Ａ方向から見たセンサの取付け要部を示す矢視図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機の変形例を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機の他の変形例を示す断面図である。この発明の実施の形態３に係る回転電機の要部を示す断面図である。この発明の実施の形態３に係る回転電機の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係る回転電機の変形例の要部を示す断面図である。この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態５に係る回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態６に係る回転電機を示す断面図である。

　以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一又は相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における回転電機を示す断面図である。
回転電機の回転軸１００に軸方向に並んで回転子１およびセンサロータ（例えば、レゾルバロータ）２が設けられている。回転電機の円筒状のケース１１の内側には固定子鉄心３およびコイル４を有する固定子５が回転子１の周囲と対向するように配置されている。センサステータ（例えば、レゾルバステータ）６は固定子鉄心３の端部、即ち固定子５の軸方向端部に設けられたセンサ支持部材７の端部（回転軸１００側の端部）にリベット１３によってセンサロータ２の周囲に対向するよう支持されている。センサステータ６の信号線８の端子部と、固定子５のコイル４に接続されている給電用の信号線９の端子部は、ケース１１の端部に形成された開口部を覆う蓋体１１ａに取り付けられた外部接続用の端子台１０に有する第１の端子台１０ａと第２の端子台１０ｂに夫々接続されている。また、センサステータ６の信号線８の他方の端子部は、第３の端子台１０ｃによってセンサステータ６に接続されている。センサロータ２とセンサステータ６の回転軸方向の長さが不等であって異なっている。

　この回転電機は、回転軸１００に保持された回転子１とセンサロータ２と、複数のスロットが形成され回転子１に対向して配置される固定子５が、円筒状のケース１１に挿入して組み立てられる。
固定子５は、固定子鉄心３、コイル４、センサステータ６、センサ支持部材７、センサステータ６の信号線８、固定子５の信号線９、端子台１０とからなる。
薄い電磁鋼板を積層した固定子鉄心３はかしめや溶接により電磁鋼板がばらばらにならないように組み立てられる。
固定子鉄心３は、一体あるいは分割鉄心で構成されている。分割鉄心の場合は、溶接、円環圧入、円環焼きばめなどの方法により円筒状に形成される。
固定子鉄心３は複数のスロットを形成するティース部を有し、各々のティース部には絶縁被膜で覆われたコイルが巻き回されており、各々のティース部の軸方向の片端部にセンサ支持部材７が装着されている。センサ支持部材７は非磁性材で構成されている。
センサ支持部材７は、強度を満たしていれば必ずしも全てのティース部に装着する必要はない。
コイルは、絶縁被膜によりティース部、センサ支持部材７と絶縁されている。

　図２～図５は、センサステータの組立て工程を説明するために図１における矢印Ａ方向から見たセンサの取付け要部を概略的に示す矢視図である。説明の便宜上、回転軸１００及びセンサロータ２も表示している。
　図２は、センサステータの第１の組立て工程における状態を示している。前述した固定子鉄心のティース部には、複数のセンサ支持部材７が装着されている。センサステータ６には、センサ支持部材７に対応した外周位置に結合穴２０が設けられており、センサ支持部材７に固定される結合部を有する。この段階では、仮固定用のねじ２１を結合穴２０に差し込み、センサ支持部材７にねじ止めしてセンサステータ６とセンサ支持部材７を結合することで、センサステータ６とセンサ支持部材７を仮固定する。本実施の形態では、ねじ２１を３個用いて仮固定しているが、少なくとも１個のねじで結合することが可能で、その個数はこれに限られるものではない。

センサステータ６がセンサ支持部材７に仮固定用のねじ２１で仮固定された後は、図３に示すように、第２の組立て工程として、接合部である結合穴２１にリベット１３を嵌め込んだ後、リベット１３をかしめることで、センサステータ６とセンサ支持部材７を固定する。

第２工程の組立て工程でセンサ支持部材７にセンサステータ６が固定された後は、図４に示すように、第３の組立て工程として、仮固定用のねじ２１を接合部の結合穴２０から取り除く。この工程で、センサステータ６はリベット１３によってセンサ支持部材７に固定された状態になる。この状態において、センサステータ６は、センサ支持部材７を介して固定子５と一体に配置される。

なお、第３の工程で結合穴２０から仮固定用のねじ２１が取り外された後、図５に示すように、第４の組立て工程として、この結合穴２０にさらにリベット１３を嵌め込みんだ後、リベット１３かしめることで、センサステータ６をセンサ支持部材７に固定するようにしても良い。固定用のリベット１３が増えることにより、センサステータ６をセンサ支持部材７に強固に固定することができる。

　上述のようにしてセンサステータ６を固定子５と一体に配置し、センサステータ６の信号線８の端子部と固定子５の給電部の信号線の端子部を共通の端子台１０に固定した状態で、固定子５を軸方向から円筒状のケース１１に挿入して組み立てることにより、信号線の配回しおよび端子部の接続を一度に実施できる。そのため、円筒状のケース１１にセンサステータ組付け構造とその組立て工程が不要になる。
　また、センサ支持部材７が非磁性材であることで、磁束の漏れを抑制することができる。
　更に、センサステータ６とセンサ支持部材７の結合がリベット１３であることで、リベット１３をかしめる際にリベット１３の頭を潰すことで、ねじ頭に比べ頭の長さを小さくできるため、回転軸方向の小型化が可能になる。

　　センサステータ６とセンサロータ２の回転軸方向の長さが不等であることで、固定子５と回転子１の回転軸方向の寸法ばらつきによらず、安定した出力を得ることができる。また、振動による、センサステータ６とセンサロータ２の回転軸方向のずれによらず、安定した出力を得ることができる。

実施の形態２．
　図６は、この発明の実施の形態２における回転電機の断面図である。
この実施の形態２においては、センサ支持部材７にリベット１３によって取り付けられたセンサ保持部材１２にセンサステータ６を保持した構成になっている。センサ支持部材７を非磁性材、センサ保持部材１２を鉄などの磁性材で構成されている。なお、リベット１３によるセンサ保持部材１２とセンサ支持部材７との結合は、実施の形態１と同様に回転電機の円周方向に複数箇所で結合される構造になっている。また、実施の形態１と同様に、仮固定用のねじを用いてセンサ保持部材１２をセンサ支持部材７に仮固定した後、リベット１３によって両者が固定される。その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

　センサステータ６がセンサ保持部材１２に固定され、センサステータ６の信号線８の端子部と固定子５の信号線の端子部が、共通の端子台１０に固定された状態で、固定子５を軸方向から円筒状のケース１１に挿入して組み立てられる。

　センサ保持部材１２によってセンサステータ６を保持するように構成されているので、センサステータ６の形状によらず、固定子５への取付けが可能になる。そのため、1種類のセンサステータ６で小径の回転電機から大径の回転電機まで、幅広い範囲で組み付けが可能になる。
　また、センサ支持部材７を非磁性材で構成しているので、磁束の漏れを抑制することができ、センサ保持部材１２を磁性材で構成されているので、強度が大きく、かつ複雑な形状でも加工が容易になる。

図７は、実施の形態２の変形例を示す回転電機の断面図である。
この実施の形態においては、センサ保持部材１２とセンサ支持部材７の結合部７ａ、１２ａが樹脂体で成形され、この結合部７ａ、１２ａに超音波溶着を利用して固定されるピン（超音波溶着ピンとも称す）１４を挿入して結合されることで、センサ保持部材１２とセンサ支持部材７とが固定された構成になっている。この実施の形態においても仮固定用のねじを用いてセンサ保持部材１２をセンサ支持部材７に仮固定した後、超音波溶着ピン１４によって両者を固定しても良い。その他の構成は、図２に示した実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

　この実施の形態では、超音波溶着ピン１４を結合部７ａ、１２ａに挿入する工程において、結合部７ａ、１２ａの樹脂を溶かしながら超音波溶着ピン１４が結合部７ａ、１２ａに挿入される。
　超音波溶着ピン１４の表面には凹凸部が成形されており、溶かした樹脂をこの凹凸部に食い込ませることで結合部７ａ、１２ａを固定する。

　溶かした樹脂をピン表面の凹凸部に引き込んで超音波による溶着で固定される超音波溶着ピンを用いることで、結合部７ａ、１２ａの軸ずれが大きくても樹脂を引き込むことが可能であり、安定した固定力を得ることができる。また、超音波溶着ピンには、ねじ頭に相当する部位が不要であるため、普通のねじによる固定に比べて回転軸方向の小型化が可能になる。

　また、この実施の形態においては、センサ保持部材１２とセンサ支持部材７の結合部７ａ、１２ａが樹脂体で成形されたものを説明したが、これに限らず、図１に示す実施の形態１における構成において、センサステータ６とセンサ支持部材７の結合部を樹脂体で成形することでも良い。

　図８は、実施の形態２の他の変形例を示す回転電機の断面図である。
この実施の形態においては、センサ保持部材１２に穴１２ｂを形成した構成になっている。その他の構成は、図６に示した実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

センサ保持部材１２に穴１２ｂを形成することで、軽量化が可能になる。また、振動の共振点を回避することができる。

実施の形態３．
　図９は、この発明の実施の形態３における回転電機の要部示す断面図、図１０は図９におけるセンサステータの信号線の保持部分を示す斜視図である。
この実施の形態３においては、センサステータ６の信号線８が、センサ保持部材１２に固定された逆Ｌ形の信号線保持部材１５により保持されている。その他の構成は、図２に示した実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

　信号線保持部材１５により信号線８を保持することにより、信号線８の配回しが容易になる。また、信号線８のたわみが少なくなり、信号線８と他部品の角部との擦れが減るため、断線を抑制することが可能になる。

　図１１は、実施の形態３に係る回転電機の変形例の要部を示す断面図である。
　この実施の形態においては、信号線保持部材１５は、弾性部材、例えば鉄製の薄い板状部材で形成されており、センサステータ６との間に信号線８を挟むようにねじ２２によってセンサステータ６に固定されている。センサステータ６に固定された信号線保持部材１５は、センサステータ６から配出された信号線８をその弾性力で矢印Ｂ方向に押さえつけることで保持している。

実施の形態４．
　図１２は、この発明の実施の形態４における回転電機を示す断面図である。
この実施の形態４においては、固定子鉄心３（具体的には固定子鉄心３に設けられたティース部）にボビン１６が装着された構成になっている。その他の構成は、図６に示した実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

　コイル４とセンサ支持部材７の間にボビン１６が装着されることで、コイル４とセンサ支持部材７の絶縁性の向上が可能になる。また、コイル４の線径により、ボビン形状を変えることで、様々な巻線仕様に対応できる。

　ボビン１６にセンサ支持部材７をインサート成形することで、固定子鉄心３のティース部にコイル４を巻回してコイル４の張力でセンサ支持部材７を固定する前の仮組付け状態で、ボビン１６からセンサ支持部材７の脱落が防止できる。

実施の形態５．
　図１３は、この発明の実施の形態５における回転電機の断面図である。
この実施の形態５においては、センサ保持部材１２のセンサ支持部材７に結合される端部１２ｃが回転軸方向の内側に折り曲げられた構成になっている。その他の構成は、図６に示した実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

　センサ保持部材１２の端部１２ｃが回転軸方向の内側に折り曲げられていることで、回転軸方向の長さを小さくできる。

実施の形態６．
　図１４は、この発明の実施の形態６における回転電機の断面図である。
この実施の形態５においては、センサ支持部材７の中央部７ｂが回転軸方向の内側に折り曲げられた構成になっている。その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

　この実施の形態においても、センサ保持部材１２の中央部７ｂが回転軸方向の内側に折り曲げられていることで、回転軸方向の長さを小さくできる。

　この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

　１　回転子、２　センサロータ、３　固定子鉄心、４　コイル、５　固定子、６　センサステータ、７　センサ支持部材、８信号線、９信号線、１１　ケース、１２　センサ保持部材、１３　リベット、１４　ピン、１５　信号線保持部材、１６　ボビン、１００　回転軸

Claims

　回転軸に保持され該回転軸の軸方向に配置された回転子及びセンサロータと、筒状のケースの内側に前記回転子と対向して配置される固定子と、前記固定子の軸方向端部に設けられたセンサ支持部材に支持され、前記センサロータに対向して配置されたセンサステータを備えたことを特徴とする回転電機。
前記センサステータは、前記センサ支持部材に結合されたセンサ保持部材で保持して前記センサ支持部材に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記センサステータと前記センサ支持部材はリベットで固定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記センサ保持部材と前記センサ支持部材はリベットで固定されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
　前記センサ保持部材と前記センサ支持部材の結合部は樹脂体で成形され、前記結合部を超音波溶着ピンで結合したことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
　前記センサステータと前記センサ支持部材の結合部は樹脂体で成形され、前記結合部を超音波溶着ピンで結合したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記センサ保持部材に穴を設けたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
　前記センサ保持部材に設けられ、前記センサステータの配線を前記センサ保持部材に保持する信号線保持部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
　前記センサステータに設けられ、前記センサステータの配線を前記センサステータに保持する信号線保持部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記センサ支持部材と結合される前記センサ保持部材の端部が前記回転軸の軸方向に屈曲されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
　前記センサステータが取り付けられる前記センサ支持部材が前記回転軸の軸方向に屈曲されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記センサ支持部材が非磁性材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記センサ支持部材および前記センサ保持部材の少なくとも何れか一方が非磁性材であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
　前記固定子のコイルが巻き回されたボビンが前記固定子の固定子鉄心に装着され、前記固定子鉄心と前記ボビンとの間に前記センサ支持部材が保持されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記ボビンと前記センサ支持部材がインサート成形されていることを特徴とする請求項１４に記載の回転電機。
　前記センサステータと前記センサロータの回転軸方向の長さが異なることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。