JP7421906B2 - レゾルバ - Google Patents

Description

本発明は、レゾルバに関する。

モータの回転角度を検出する手段として、レゾルバが知られている。レゾルバはモータ筐体内に配置されることが多く、モータの小型化に伴ってモータの本体部分（モータ部分）にレゾルバが近接して配置されると、モータの励磁コイルやマグネットから発生する漏洩磁束の影響を受ける。すなわち、モータの漏洩磁束がレゾルバの巻線に鎖交し、レゾルバの出力信号にノイズとして重畳し、レゾルバの角度検出精度が低下してしまう。

このため、モータの本体部分から漏洩する磁束によりレゾルバが受ける影響を少なくするレゾルバ付モータが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このレゾルバ付モータでは、モータ本体から漏洩する磁束を誘導するリテーナをレゾルバと所定の間隔を空けてモータロータ側に配置することで、レゾルバが受ける影響を少なくしている。

特開２０１０－１５４７１０号公報

しかしながら、上述した磁束を誘導するリテーナによる手法では、リテーナが非磁性材からなるシールド部材を介してモータのケースに固定され、リテーナとレゾルバとの間には所定の間隔が設けられ、リテーナは磁気的に浮いた状態となっている。そのため、リテーナには磁気飽和しないような厚さが必要とされるところ、モータの小型化の要請から充分な厚さを確保することは困難であり、充分なノイズ低減の効果が期待できなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ部分からの漏洩磁束によりレゾルバが受ける影響を抑制し、レゾルバの角度検出精度の低下を防止すると共に、薄型化を図ったレゾルバを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレゾルバは、ロータコアと、ステータコアと、を備える。前記ロータコアは、回転軸に固定される。前記ステータコアは、前記ロータコアの周囲に配置される。前記ステータコアのコアバックは、絶縁部材によって周囲を覆われている。前記コアバックの軸方向におけるモータ部分側の端面と前記絶縁部材とによって、ノイズ誘導リングが挟まれて固定される。

本発明の一態様に係るレゾルバは、モータ部分からの漏洩磁束によりレゾルバが受ける影響を抑制し、レゾルバの角度検出精度の低下を防止すると共に、薄型化を図ることができる。

図１は、一実施形態にかかるモータの外観斜視図である。 図２は、モータの縦断面図（図１におけるＡ－Ａ断面図）である。 図３は、モータ内におけるレゾルバの配置を軸方向から見た図である。 図４は、モータの縦断面図（図１におけるＡ－Ａ断面図）におけるレゾルバ付近だけの拡大図である。 図５は、レゾルバのステータコアとノイズ誘導リングとを軸方向から見た図である。 図６は、レゾルバのステータコアおよびノイズ誘導リングの縦断面図（図５におけるＢ－Ｂ断面図）である。 図７は、比較例の構成を示す断面図である。 図８は、レゾルバのステータコアのコアバックの最内径に対するノイズ誘導リングの内径の比率（ｄ１／Ｄ１）と、ノイズとなる鎖交磁束との関係の例を示すグラフである。 図９は、レゾルバのステータコアの厚さに対するノイズ誘導リングの厚さの比率（ｔ／Ｔ）と、ノイズとなる鎖交磁束との関係の例を示すグラフである。 図１０Ａは、レゾルバの部分的な縦断面図（図４における領域Ｃ）（１）である。 図１０Ｂは、レゾルバの部分的な縦断面図（図４における領域Ｃ）（２）である。 図１０Ｃは、レゾルバの部分的な縦断面図（図４における領域Ｃ）（３）である。 図１０Ｄは、レゾルバの部分的な縦断面図（図４における領域Ｃ）（４）である。 図１０Ｅは、レゾルバの部分的な縦断面図（図４における領域Ｃ）（５）である。

以下、実施形態に係るレゾルバについて図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、一実施形態にかかるモータ１の外観斜視図である。図１において、モータ１は、有底円筒状のハウジング２と、このハウジング２の開口側に固定されたエンドブラケット３とから筐体が構成されている。エンドブラケット３の中央には円筒状の凸部３ａが設けられ、この凸部３ａの中央からはシャフト４が出ている。凸部３ａの内部には、レゾルバが設けられている。

図２は、モータ１の縦断面図（図１におけるＡ－Ａ断面図）であり、シャフト４については断面を省略している。図２において、シャフト４は、ハウジング２に設けられた軸受６と、エンドブラケット３に設けられた軸受５とにより回動可能に支持されている。

モータ１のモータ部分は、シャフト４に固着されたロータ７と、ハウジング２の円筒部の内側に固定されたステータコア９と、ステータコア９のティース（９ａ）に巻回された励磁巻線１０とを有している。モータ１のモータ部分は、例えば、ロータ７に永久磁石（８）が埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型モータである。

レゾルバ１１は、シャフト４に固定（嵌着）されたロータコア１２と、エンドブラケット３の内側に固定されたステータコア１３と、このステータコア１３のティースにインシュレータ１４を介して巻回されたステータ巻線１５とを有している。レゾルバ１１は、例えばＶＲ（バリアブルリラクタンス）型レゾルバであり、ステータコア１３の内側にロータコア１２が配置されたインナーロータ型のレゾルバである。

図３は、モータ１内におけるレゾルバ１１の配置を軸方向から見た図である。図４は、モータ１の縦断面図（図１におけるＡ－Ａ断面図）におけるレゾルバ１１付近だけの拡大図である。図５は、レゾルバ１１のステータコア１３とノイズ誘導リング１６とを軸方向から見た図である。図６は、レゾルバ１１のステータコア１３およびノイズ誘導リング１６の縦断面図（図５におけるＢ－Ｂ断面図）である。

図３～図６において、レゾルバ１１のステータコア１３は、環状のコアバック１３ａから径方向内側に突出する複数（図示の例では１０本）のティース１３ｂを有している。隣接するティース１３ｂの間はスロット１７となっている。ステータコア１３は、ケイ素鋼板などの軟磁性材からなるプレートからプレス加工により製作された複数のコア片が軸方向に所定枚数積層されることで構成されている。

前述のように、ステータコア１３のティース１３ｂにはインシュレータ１４を介してステータ巻線１５が巻回されている。ステータ巻線１５は、励磁巻線と出力巻線とから構成されている。励磁巻線には外部から励磁電流が供給される。出力巻線は、ロータコア１２の回転に伴ってｓｉｎ相の信号を出力するｓｉｎ相出力巻線と、ｓｉｎ信号と９０°位相が異なったｃｏｓ相の信号を出力するｃｏｓ相出力巻線とから構成されている。

ロータコア１２の外周面は、径方向外側に凹凸した非円形の形状（図３では２箇所の凸部を有した軸倍角が２Ｘの場合を図示）となっている。ロータコア１２は、ケイ素鋼板などの軟磁性材からなるプレートからプレス加工により製作された複数のコア片が軸方向に所定枚数積層されることで構成されている。

図３においては、レゾルバ１１の背後に、モータ部分のロータ７とステータコア９とが示されている。ロータ７には、永久磁石８が埋め込まれている。ステータコア９はティース９ａを有している。

図４において、レゾルバ１１のステータコア１３のコアバック１３ａの軸方向におけるモータ部分側の端面には、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束を誘導するためのノイズ誘導リング１６が設けられている。ノイズ誘導リング１６は、リング形状を有し、ステータコア１３のコアバック１３ａに固着されている。ノイズ誘導リング１６は、ケイ素鋼板などの軟磁性材からなるプレートからプレス加工により製作される。なお、ノイズ誘導リング１６の透磁率は、ステータコア１３の透磁率と同等であることを想定しているが、両者の透磁率を異ならせてもよい。例えば、ノイズ誘導リング１６の透磁率をステータコア１３の透磁率よりも大きくすることができる。また、反対に、ノイズ誘導リング１６の透磁率をステータコア１３の透磁率よりも小さくすることができる。

前述のように、レゾルバ１１のステータコア１３のティース１３ｂにはインシュレータ１４を介してステータ巻線１５が巻回されている。インシュレータ１４は、例えば、ノイズ誘導リング１６を固着したステータコア１３をインサートして、樹脂の射出成型にてステータコア１３に一体成形されている。なお、ノイズ誘導リング１６を固着したステータコア１３の軸方向両側からそれぞれ第１のインシュレータと第２のインシュレータとを嵌め込んで形成したものであってもよい。

また、図６に示されるように、ノイズ誘導リング１６は、ステータコア１３に接する面の内径ｄ１よりも、ステータコア１３と反対側の面の内径ｄ２が小さくなっている。図５および図６では、内径ｄ１となる内径ラインを１６ｅ１として、内径ｄ２となる内径ラインを１６ｅ２として示している。また、ステータコア１３のコアバック１３ａの最内径ラインを１３ｅ、最内径をＤ１、ステータコア１３の軸方向の厚さをＴ、ノイズ誘導リング１６の厚さをｔとして示している。

図７は、比較例の構成を示す断面図であり、特許文献１に示された構成である。図７において、レゾルバ付モータ１０’は、ケース１２’内にモータ本体１４’とレゾルバ１６’とを有する。モータ本体１４’は、ケース１２’に軸受１８’を介して回転可能に支持される回転軸２０’と、回転軸２０’に固定され一体に回転するモータロータ２２’と、モータロータ２２’の周囲に配置されるモータステータ２４’とを有する。モータステータ２４’には、モータコイル２６’が巻回されている。レゾルバ１６’は、モータロータ２２’と間隔をおいて、回転軸２０’の軸方向端部に固定されるレゾルバロータ２８’と、このレゾルバロータ２８’の周囲に配置されるレゾルバステータ３０’とを有する。レゾルバステータ３０’にはレゾルバステータコイル３０ａ’が巻回されている。

レゾルバ付モータ１０’は、レゾルバ１６’と所定の間隔を空けてモータロータ２２’側に配置され、モータ本体１４’から漏洩する磁束を誘導するリテーナ３４’を備えている。磁性体からなるリテーナ３４’は、ケース１２’にボルトを介して固定され、リテーナ３４’とケース１２’との間には非磁性材からなるシールド部材が挟まれており、レゾルバステータ３０’の側面の径方向外側を覆うように設けられている。このため、モータ本体１４’から漏洩する磁束がリテーナ３４’に誘導される結果、モータ本体１４’から漏洩する磁束によりレゾルバ１６’が受ける影響を抑制することができる。

しかし、レゾルバ付モータ１０’は、リテーナ３４’とケース１２’との間には非磁性材からなるシールド部材が介装された構成となっているため、モータ本体１４’から軸方向に漏れた漏洩磁束がリテーナ３４’に流入した際、リテーナ３４’が磁気飽和しないような厚さを有する必要がある。このため、モータとレゾルバとを接近して配置しようとする場合、リテーナ３４’の厚さを薄くすることが難しく、軸方向の薄型化を阻害する虞があり、モータとレゾルバが接近して配置するのが困難となる。

一方、図１～図６に示された実施形態では、レゾルバ１１のステータコア１３のモータ部分側の端面のコアバック１３ａの箇所にノイズ誘導リング１６を備えている。これによって、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束がレゾルバ１１のノイズ誘導リング１６を経由してステータコア１３に流入した場合、レゾルバ１１のステータコア１３に流入した漏洩磁束は、ノイズ誘導リング１６を経由してモータ部分のロータ７に戻る経路となる。この結果、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束がレゾルバ１１のステータ巻線１５を鎖交することがほとんどないため、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束によりレゾルバ１１が受ける影響を抑制し、レゾルバ１１の角度検出精度の低下を防止することができる。

また、ノイズ誘導リング１６がレゾルバ１１のステータコア１３に固着しているため、ノイズ誘導リング１６の厚さｔが薄くてもステータコア１３のコアバック１３ａが磁路として作用することができる。このため、特許文献１のような、リテーナが磁気飽和しないような厚さを有する必要がないので、レゾルバ１１のステータコア１３の薄型化を図ることができる。

図８は、レゾルバ１１のステータコア１３のコアバック１３ａの最内径Ｄ１に対するノイズ誘導リング１６の内径ｄ１の比率（ｄ１／Ｄ１）と、ノイズとなる鎖交磁束との関係の例を示すグラフである。図８から、比率（ｄ１／Ｄ１）が略０．９６の時、レゾルバ１１のステータ巻線１５に鎖交する磁束の量が最も少なく、比率（ｄ１／Ｄ１）が略１．０３よりも大きくなると、レゾルバ１１のステータ巻線１５に鎖交する磁束の量が増加する。なお、点Ｎはノイズ誘導リング１６がない場合に対応している。したがって、比率（ｄ１／Ｄ１）は略１．０３以下に設定することが好ましい。ノイズ誘導リング１６の外径は、レゾルバ１１のステータコア１３の外径以上に設定することが好ましい。

図９は、レゾルバ１１のステータコア１３の厚さＴに対するノイズ誘導リング１６の厚さｔの比率（ｔ／Ｔ）と、ノイズとなる鎖交磁束との関係の例を示すグラフである。図９から、比率（ｔ／Ｔ）が略０．１４の時、レゾルバ１１のステータ巻線１５に鎖交する磁束の量が最も少なく、比率（ｔ／Ｔ）が略０．１４よりも小さくなるとステータ巻線１５に鎖交する磁束の量が増加する。一方、比率（ｔ／Ｔ）が略０．２９よりも大きくなるとステータ巻線１５に鎖交する磁束の量が増加する。なお、点Ｎはノイズ誘導リング１６がない場合に対応している。したがって、比率（ｔ／Ｔ）は、略０．１４≦（ｔ／Ｔ）≦略０．２９の範囲に設定することが好ましい。本実施形態のノイズ誘導リング１６はステータコア１３に固着されているため、ノイズ誘導リング１６の厚さｔが薄くてもステータコア１３のコアバック１３ａが磁路として作用することができる。

また、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８のレゾルバ１１側の端部の最内径となる位置と、ノイズ誘導リング１６のステータコア１３との固着面側の内径ｄ１となる内径ライン１６ｅ１とを結んだ直線上かそれよりも内側に、モータ部分対向面側の内径ｄ２となる内径ライン１６ｅ２が位置するように設定することが好ましい。これによって、モータ部分の永久磁石８から軸方向に漏れた漏洩磁束は、ノイズ誘導リング１６のモータ部分対向面側の内周縁から流入し、ノイズ誘導リング１６とステータコア１３のコアバック１３ａに流入する。また、レゾルバ１１のステータコア１３のコアバック１３ａ側に流入したモータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束は、ノイズ誘導リング１６のモータ部分対向面側の内周縁からモータ部分のロータ７に戻る。このように、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束は、ほぼノイズ誘導リング１６とステータコア１３のコアバック１３ａのみを通ることとなり、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束がレゾルバ１１のステータ巻線１５に鎖交することを抑制することができる。以下、より詳しく説明する。

図１０Ａ～図１０Ｅは、レゾルバ１１の部分的な縦断面図（図４における領域Ｃ）である。図１０Ａ～図１０Ｃは、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８の最内径が、レゾルバ１１のステータコア１３のコアバック１３ａの最内径よりも小さい場合を示している。また、図１０Ａは、図６のようにノイズ誘導リング１６のステータコア１３に接する面の内径ｄ１よりも、ステータコア１３と反対側の面の内径ｄ２が小さくなっている場合を示している。図１０Ｂは、ノイズ誘導リング１６のノイズ誘導リング１６のステータコア１３に接する面の内径が、ステータコア１３と反対側の面の内径と同じになっている場合を示している。図１０Ｃは、ノイズ誘導リング１６がない場合を示している。

図１０Ａの場合にあっては、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８から軸方向に漏れた漏洩磁束ＭＦのほとんどがノイズ誘導リング１６からコアバック１３ａに流れるため、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束がレゾルバ１１のステータ巻線１５に鎖交することを抑制することができる。これに対し、図１０Ｂの場合は、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８から軸方向に漏れた漏洩磁束ＭＦの一部がティース１３ｂに流れるため、ステータ巻線１５にノイズとして鎖交してしまい、レゾルバ１１の角度検出精度を低下させてしまう場合がある。図１０Ｃの場合は、ノイズ誘導リング１６がないため、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８から軸方向に漏れた漏洩磁束ＭＦの多くがティース１３ｂに流れるため、ステータ巻線１５にノイズとして鎖交してしまい、レゾルバ１１の角度検出精度を低下させてしまう。

図１０Ｄおよび図１０Ｅは、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８の最内径が、レゾルバ１１のステータコア１３のコアバック１３ａの最内径と同じか大きい場合を示している。図１０Ｄは、ノイズ誘導リング１６のノイズ誘導リング１６のステータコア１３に接する面の内径が、ステータコア１３と反対側の面の内径と同じになっている場合を示している。図１０Ｅは、ノイズ誘導リング１６がない場合を示している。

図１０Ｄの場合にあっては、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８から軸方向に漏れた漏洩磁束ＭＦのほとんどがノイズ誘導リング１６からコアバック１３ａに流れるため、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束がレゾルバ１１のステータ巻線１５に鎖交することを抑制することができる。これに対し、図１０Ｅの場合は、モータ部分のロータ７に埋め込まれた永久磁石８から軸方向に漏れた漏洩磁束ＭＦの多くがステータ巻線１５に鎖交してしまうため、レゾルバ１１の角度検出精度を低下させてしまう。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係るレゾルバは、回転軸に固定されるロータコアと、ロータコアの周囲に配置されるステータコアと、ステータコアのコアバックの軸方向におけるモータ部分側の端面に設けられるノイズ誘導リングとを備える。これにより、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束によりレゾルバが受ける影響を抑制し、レゾルバの角度検出精度の低下を防止すると共に、薄型化を図ることができる。

また、モータ部分のロータに埋め込まれた永久磁石の最内径が、コアバックの内径よりも小さい場合に、ノイズ誘導リングは、ステータコアに接する面の内径よりも、ステータコアと反対側の面の内径が小さい。これにより、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束をよりいっそう減らすことができ、レゾルバの角度検出精度の低下を防止することができる。

また、ノイズ誘導リングのステータコアに接する面の内側の端部と、ノイズ誘導リングのステータコアと反対側の面の内側の端部とを結んだ仮想的な線は、モータ部分のロータに埋め込まれた永久磁石の内側の端部に接するか内側に存在する。これにより、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束をよりいっそう減らすことができ、レゾルバの角度検出精度の低下を防止することができる。

また、コアバックの最内径Ｄ１に対するノイズ誘導リングの内径ｄ１の比率（ｄ１／Ｄ１）が、略１．０３以下である。これにより、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束をよりいっそう減らすことができ、レゾルバの角度検出精度の低下を防止することができる。

また、比率（ｄ１／Ｄ１）が、略０．９６である。これにより、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束をよりいっそう減らすことができ、レゾルバの角度検出精度の低下を防止することができる。

また、ステータコアの厚さＴに対するノイズ誘導リングの厚さｔの比率（ｔ／Ｔ）が、略０．１４以上で略０．２９以下である。これにより、モータ部分から軸方向に漏れた漏洩磁束をよりいっそう減らすことができ、レゾルバの角度検出精度の低下を防止することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ モータ，２ ハウジング，３ エンドブラケット，４ シャフト，５、６ 軸受，７ ロータ，８ 永久磁石，９ ステータコア，９ａ ティース，１０ 励磁巻線，１１ レゾルバ，１２ ロータコア，１３ ステータコア，１３ａ コアバック，１３ｂ ティース，１４ インシュレータ，１５ ステータ巻線，１６ ノイズ誘導リング

Claims (6)

1. 回転軸に固定されるロータコアと、
   前記ロータコアの周囲に配置されるステータコアと、
   を備え、
   前記ステータコアのコアバックは、絶縁部材によって周囲を覆われており、
   前記コアバックの軸方向におけるモータ部分側の端面と前記絶縁部材とによって、ノイズ誘導リングが挟まれて固定される、レゾルバ。
2. 前記モータ部分のロータに埋め込まれた永久磁石の最内径が、前記コアバックの内径よりも小さい場合に、前記ノイズ誘導リングは、前記ステータコアに接する面の内径よりも、前記ステータコアと反対側の面の内径が小さい、
   請求項１に記載のレゾルバ。
3. 前記ノイズ誘導リングの前記ステータコアに接する面の内側の端部と、前記ノイズ誘導リングの前記ステータコアと反対側の面の内側の端部とを結んだ仮想的な線は、前記モータ部分のロータに埋め込まれた永久磁石の内側の端部に接するか内側に存在する、
   請求項２に記載のレゾルバ。
4. 前記コアバックの最内径Ｄ１に対する前記ノイズ誘導リングの内径ｄ１の比率（ｄ１／Ｄ１）が、１．０３以下である、
   請求項１～３のいずれか一つに記載のレゾルバ。
5. 前記比率（ｄ１／Ｄ１）が、０．９６である、
   請求項４に記載のレゾルバ。
6. 前記ステータコアの厚さＴに対する前記ノイズ誘導リングの厚さｔの比率（ｔ／Ｔ）が、０．１４以上で０．２９以下である、
   請求項１～５のいずれか一つに記載のレゾルバ。

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