JP5803567B2

JP5803567B2 - ステータ固定構造

Info

Publication number: JP5803567B2
Application number: JP2011234813A
Authority: JP
Inventors: 新也佐野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: JP2013093985A

Description

本発明は、ステータ固定構造に係り、特に、レゾルバ用ステータをモータケース等の取付先部材に固定するためのステータ固定構造に関する。

従来、モータのロータの回転位置を検出するためにレゾルバが用いられることがある。レゾルバは、モータロータのロータシャフトに固定されるレゾルバロータと、レゾルバロータの周囲に設けられるレゾルバステータとを備える。レゾルバステータは、モータを収容するケースまたはハウジングに対して、例えばボルト締め等によって固定されるのが一般的である。

これに関連する先行技術文献として例えば特開２００４−７９０３号公報（特許文献１）には、ステータ体（１）のステータ片（１ａ）を転積によって積層させ、このステータ体（１）の外周に取付用耳部（２）を有する樹脂モールド枠体（２１）を設け、この取付用耳部（２）を用いてステータ体（１）を他の機器等に取り付ける構成とした、回転検出器用ステータ構造が開示されている。

特開２００４−７９０３号公報

特許文献１に記載の回転検出器用ステータ構造では、取付用耳部に形成された取付穴が長孔として形成されているため、ステータ体をボルト締結により固定する前にステータ体の周方向位置（または回転位置）を調整しなければならず、ステータ体の組付け作業が煩雑であるという課題があった。

本発明の目的は、ステータの周方向位置調整を不要にしながら、ステータを備えたレゾルバの検出精度を良好なものにでき、かつ、ステータの材料費低減を図れるステータ固定構造を提供することである。

本発明に係るステータ固定構造は、ステータが固定される台座部を有するケースと、磁性体からなるステータコアの外周部に径方向外側へ突出して設けられた非磁性材料からなる複数の取付部を有し、前記取付部には前記台座部に固定するための固定部材を挿通する貫通孔が設けられているステータと、前記取付部に設けられて前記台座部に形成された位置決め孔に挿入されることにより前記ケースに対する前記ステータの周方向位置を決める少なくとも１つのノックピンと、を備え、前記台座部は前記ステータを収容する前記ケースの内面から軸方向に延びて突設されるとともに軸方向に向いた端面が平坦面に形成されている。

本発明に係るステータ固定構造において、前記ケースの内面からの前記台座部の突出長さは、前記ステータに巻装されている検出コイルのコイルエンド部またはこのコイルエンド部を覆うカバー部材が前記ケースの内面に接触しない程度に形成されてもよい。

また、本発明に係るステータ固定構造において、前記台座部は、前記ステータの外周に沿う円周方向に間隔を置いて複数設けられてもよい。

本発明のステータ固定構造によれば、ステータは非磁性材料からなる取付部によって取付先部材に固定されるため、磁性体からなるステータコアに対して取付部が応力歪みを生じさせることなくステータを固定することができる。したがって、ステータコアの応力ひずみによる検出精度への影響がなく、ステータを備えたレゾルバの検出精度を良好なものにできる。

また、磁性体からなるステータコアに固定用ボルト挿通穴を形成する必要がなく、ステータの小径化を図れて材料費を低減できる。

さらに、取付先部材の台座部にノックピンを挿入することにより取付先部材に対するステータの周方向位置決めが正確かつ容易に行え、ステータを固定する前の周方向位置調整作業が不要となってステータの組付け作業を容易にすることができる。

本発明の一実施の形態であるステータ固定構造を含むレゾルバの断面図である。図１おいてケースに取り付けられたレゾルバの検出ロータおよび検出ステータを示す、軸方向から見た平面図（シャフト断面を含む）である。図２におけるＢ−Ｂ断面図である。図２におけるＣ−Ｃ断面図である。ステータ固定構造の変形例を示す、図３と同様の断面図である。ステータ固定構造の別の変形例を示す、図４と同様の断面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は本実施形態のステータ固定構造が適用されるレゾルバ１０を示す軸方向断面図であり、図１おいてケースに取り付けられたレゾルバ１０の検出ロータおよび検出ステータを示す、軸方向から見た平面図（シャフト断面を含む）である。なお、本実施形態ではステータ固定構造がロータ回転位置検出センサであるレゾルバ１０に適用される例について説明するが、モータや発電機等の回転電機を構成するステータの固定構造として用いてもよい。

図１に示すように、レゾルバ１０は、モータ１２に隣接して設けられている。モータ１２は、略有底円筒状のハウジング１４内に収容されている。ハウジング１４の開口端部は、レゾルバ１０を収容するケース（取付先部材）１６によって閉じられている。ハウジング１４およびケース１６は、例えば、アルミダイキャスト製のものが好適に用いられる。

モータ１２は、モータステータ２０と、モータロータ２２とを備える。モータステータ２０は、磁性鋼板を軸方向に積層してなる筒状をなし、内周部に径方向内方へ突出して形成された複数のティース２４が周方向に均等配置で設けられている。そして、ティース２４に周囲にはステータコイル２６が巻装されている。

モータロータ２２は、略円柱状のロータコア２２ａと、ロータコア２２ａの中心孔部を貫通して固設されたロータシャフト２２ｂとを含む。ロータコア２２ａは、モータステータ２０の内側に所定のギャップを隔てて配置されている。また、ロータシャフト２２ｂは、ケース１６の中心部に配置される軸受１８と、ハウジング１４の図示しない底部の中心部に配置される図示しない軸受とを介して、モータ１２のロータシャフト２２ｂが回転可能に支持されている。

レゾルバ１０は、検出ロータ３０と検出ステータ３２とを備える。レゾルバ１０は、モータロータ２２の回転位置を検出するためのセンサとして機能する。レゾルバ１０の検出ロータ３０は、例えば、略楕円状または小判状に打ち抜き加工された複数枚の磁性鋼板を軸方向に積層して、かしめ、溶接等により一体に連結して構成される。

検出ロータ３０の中心孔には、モータ１２から延びるロータシャフト２２ｂが挿通されている。検出ロータ３０の中心孔の縁にはキー３４が突設されており、このキー３４がロータシャフト２２ｂに凹設されたキー溝３６が嵌合することによって、ロータシャフト２２ｂに対する検出ロータ３０の周方向位置が決められている。

また、検出ロータ３０は、ロータシャフト２２ｂの端部（図１中の左側）が挿通されて組み付けられるとき、軸方向に延伸するキー溝３６の終端面に検出ロータ３０のキー３４が当接することによって、ロータシャフト２２ｂに対する検出ロータ３０の軸方向位置が決められることができる。

なお、上記においては検出ロータ３０の周方向位置がキーとキー溝の嵌合によって決められるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、検出ロータをロータシャフトに圧入、締り嵌め等することによってロータシャフトに対する検出ロータの周方向位置および／または軸方向位置が固定されてもよい。

レゾルバ１０の検出ステータ３２は、検出ロータ３０の周囲にギャップを介して設けられている。検出ステータ３２は、磁性体からなるステータコア３３と、ステータコア３３の外周部に設けられた非磁性材料からなる取付部３８とを備える。ステータコア３３は、例えば、略円環状に打ち抜き加工された磁性鋼板を軸方向に積層して、かしめ、溶接等により一体に連結して構成される。

ステータコア３３は、円環状に連なるヨーク部４２と、ヨーク部４２の内周部に径方向内側へ向かって突出する複数のティース部４４とを備える。ティース部４４は、周方向に均等間隔で設けられている。これらのティース部４４の周囲に検出コイル４６が巻装されている。検出コイル４６は、ステータコア３３の軸方向両端面から外側にそれぞれ突出するコイルエンド部４８を含む。

図２に示すように、検出コイル４６は、円環状の樹脂製カバー部材５０によって覆われているのが好ましい。このカバー部材５０は、検出ステータ３２の内周にティース部４４の端面を露出された状態で周方向全体にわたって検出コイル４６を覆うように設けられている。なお、図１においてはカバー部材５０の図示が省略されている。

カバー部材５０は、例えば、検出コイル４６が巻装されたステータコア３３を成形型内においてインサート射出成形を行うことにより形成されることができる。また、カバー部材５０は、検出ステータ３２の軸方向両側において検出コイル４６のコイルエンド部４８を覆っているのが好ましい。このように、カバー部材５０によって検出コイル４６を覆うことによって、モータ１２のモータロータ２２やステータコイル２６を冷却するために用いられる冷却油がレゾルバ１０の検出コイル４６に掛からないようにして、冷却油に含まれる金属粉等の導電性異物が付着することによる検出コイル４６の絶縁性能が低下するのを防止でき、レゾルバ１０の検出精度を良好に維持することができる。

検出ロータ３２の取付部３８は、ステータコア３３の外周に固定される環状部３８ａと、環状部３８ａから径方向外側へ略三角状または山型に突出する取付タブ３８ｂとを有する。取付部３８は、例えば、ステータコア３３を成形型内に収容して非磁性材料である樹脂材料を射出成形することによって形成することができる。なお、取付部３８を含む本実施形態のステータ固定構造については後に詳述する。

上記のように構成されるレゾルバ１０では、モータ１２が駆動されてモータロータ２２が回転すると、検出ロータ３０がロータシャフト２２ｂと共に回転する。このとき、略楕円状の外周面を有する検出ロータ３０と検出ステータ３２の内周面（すなわちティース部４４の径方向内側端面）との間のギャップ長が変化する。そのため、検出コイル４６に交流電流を流しておくと、その交流電流に上記ギャップ長の変化に応じた出力が重畳されることになる。モータロータ２２の回転位置は、この出力が重畳した交流電流に基づいて検出することができる。

次に、図１，２に加えて図３，４も参照して、本実施形態のステータ固定構造について詳細に説明する。図３は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。図４は、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。

図１，２を参照すると、レゾルバ１０を収容するケース１６の内面１９には、台座部１７が突設されている。台座部１７は、例えば略台形状の横断面を有する柱状をなしており、矢印Ｘで示す軸方向に向いた端面が平坦面に形成されている。このように台座部１７の端面がインロー段部等の段差がない平坦面であることで、ケース１６の製造および加工が容易になるという利点がある。また、台座部１７は、軸方向に延びており、その突出長さは台座部１７上に検出ステータ３２が取り付けられたときにカバー部材５０（カバー部材が無い場合はコイルエンド部４８）がケース１６の内面１９と接触しない程度に設定されている。

さらに、台座部１７は、図２に示すように、検出ステータ３２の外周に沿う円周方向に間隔を置いて複数、設けられている。本実施形態では、３つの台座部１７が設けられている例を示す。台座部１７に対応して、検出ステータ３２の取付タブ３８ｂもまた、円周方向に同様の間隔を置いて３つ設けられている。

台座部１７の周方向間隔は、等間隔でもよいし、不等間隔であってもよい。台座部１７の周方向間隔を不等間隔に設定した場合、検出ステータ３２の取付タブ３８ｂとの関係で検出ステータ３２の取り付け向きが一義的に規定されるため、検出ステータ３２の取り付ける向きが不揃いになるのを確実に防止できる利点がある。

なお、本実施形態では、検出ステータ３２を固定するための台座部１７を周方向に飛び飛びに設けたが、これに限定されるものではなく、例えば円環状に連なって延びる台座部としてもよい。このようにすれば、台座部の端面と検出ステータのステータコアの軸方向端面外周部との接触面積が大きくなり、検出ステータ３２の固定状態がより安定したものになるという利点がある。

図２，３を参照すると、台座部１７の端面にはねじ穴１７ａと位置決め孔１７ｂとが穿設されている。ねじ穴１７ａの内周面には雌ねじが切られている。一方、位置決め孔１７ｂは、後述するノックピンががたつき無く挿入または圧入されるのに適した大きさおよび形状の穴とされている。

検出ステータ３２の取付タブ３８ｂには、例えば金属製筒部材であるカラー５２が埋設されており、カラー５２の内部に固定部材としてのボルト５４を挿通するための貫通孔が形成されている。また、取付タブ３８ｂにおいてカラー５２の近傍位置にピン挿通孔３９が貫通して形成されている。このピン挿通孔３９は、台座部１７の位置決め孔１７ｂと位置合わせした状態でノックピン５６を打ち込むことにより、台座部１７に対して取付タブ３８ｂを正確に位置決めするためのものである。

また、図４に示すように、取付タブ３８ｂを含む取付部３８は、ステータコア３３の積層厚みよりも厚く形成されて、ステータコア３３の外周部が取付部３８内にくい込んだ状態になっている。このように取付部３８が形成されていることで、ステータコア３３に対してしっかりと固定されたものにすることができる。

ノックピン５６は、例えば金属製の丸棒部材で好適に構成されることができる。また、ノックピン５６は、中実のピン部材であってもよいし、または、中空のピン部材であってもよい。さらに、ノックピン５６の端部の外周部には、ピン挿通孔３９および位置決め孔１７ｂへの圧入を容易にするために面取り部を形成するのが好ましい。このように検出ステータ３２をケース１６に固定するためのノックピン５６を検出ステータ３２およびケース１６とは別部材とすることによって、ステータ固定構造を簡易な構成とすることができる利点がある。さらに、ノックピン５６に市販のものを用いれば、大きなコスト低減効果が見込める。

また、ノックピン５６は、３つの取付タブ３８ｂのうちの２つに設けられ、台座部１７についても同様に３つのうち２つの台座部１７に位置決め孔１７ｂが形成されている。このように検出ステータ３２について円周方向の少なくとも２箇所で位置決めすることにより、ケース１６に対する検出ステータ３２の周方向位置または回転位置を正確に位置決めすることができる。

ただし、ノックピン５６の少なくとも取付タブ３８ｂ内に位置する部位を角棒とし、取付タブ３８ｂのピン挿通孔３９をこれに対応した角孔とすれば、１箇所の台座部１７に圧入固定されたノックピン５６に対して検出ステータ３２の回転が規制されるので、この場合にはノックピン５６による位置決めを１箇所で行ってもよい。

なお、本実施形態のステータ固定構造では、台座部１７および取付タブ３８ｂの数をそれぞれ３つとしたが、これに限定されるものではなく、４つ以上としてもよいことは勿論である。また、台座部１７および取付タブ３８ｂの数をそれぞれ２つとしてもよいが、この場合には検出ステータ３２の径方向に対向する位置に台座部１７および取付タブ３８ｂを設けるのが良い。

次に、上記のような構成からなる本実施形態のステータ固定構造の組付けについて説明する。

まず、ケース１６に突設される３つの台座部１７上に検出ステータ３２の取付タブ３８ｂが載るように配置する。このとき、取付タブ３８ｂのカラー５２内の貫通孔が台座部１７のねじ穴１７ａと揃うように検出ステータ３２を位置合わせする。そして、ボルト５４を取付タブ３８ｂのカラー５２内に挿入して台座部１７のねじ穴１７ａに軽くねじ込んで検出ステータ３２を仮止めした状態とする。

それから、２本のノックピン５６を取付タブ３８ｂのピン挿通孔３９にそれぞれ挿通して、台座部１７の位置決め孔１７ｂにそれぞれ圧入固定する。これにより、取付タブ３８ｂのカラー５２とボルト５４との間に多少のがたつきがあっても、検出ステータ３２の周方向位置を正確に位置決めすることができる。その後、３つのボルト５４をしっかりと締め付けて検出ステータ３２をケース１６に固定する。

上述したように本実施形態のステータ固定構造によれば、検出ステータ３２は非磁性材料からなる取付タブ３８ｂによってケース１６に固定されるため、磁性体からなるステータコア３３に対して取付タブ３８ｂが応力歪み、特に径方向の応力歪みじさせることなく検出ステータ３２を固定することができる。したがって、検出ステータ３２を備えたレゾルバ１０の検出精度を良好なものにできる。

また、取付タブ３８は非磁性材料からなるため径方向外側に突出して形成されていてもモータ１２側から生じる磁束を拾うアンテナのように機能することはない。したがって、モータ１２側からの磁束の影響によりレゾルバ１０の検出精度が低下することはない。

さらに、磁性体からなるステータコア３３に固定用ボルト挿通穴を形成する必要がなく、ステータコア３３の小径化を図れて材料費を低減できる。

さらにまた、ケース１６の台座部１７にノックピン５６を挿入または圧入することによりケース１６に対する検出ステータ３２の周方向位置決めが正確かつ容易に行え、組付け後の周方向位置調整作業が不要となって検出ステータ３２の組付け作業を容易にすることができる。加えて、本実施形態では、組付けと同時に検出ステータ３２の周方向位置だけでなく、ケース１６に対する検出ステータ３２の径方向位置および軸方向位置も正確に位置決めすることができるので、検出ステータ３２の組付け作業がより迅速かつ容易なものになる。

なお、本発明に係るステータ固定構造は、上述した実施形態およびその変形例の構成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事項およびその均等な範囲で種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記実施形態ではノックピン５６を検出ステータ３２の取付タブ３８ｂとは別部材としたが、図５に示すように取付タブ３８ｂに一体に形成したノックピン５６ａを用いてもよい。この場合、先にノックピン５６ａを位置決め孔１７ｂに圧入して検出ステータ３２の位置決めを行った後、ボルト５４による締結固定を行えばよい。このようにすれば、検出ステータ３２の組付け時に別部材であるノックピンを取り扱う必要がなく、組付け作業をより一層容易かつ迅速に行える。

また、図６に示すように、検出ステータ３２において検出コイル４６を覆うカバー部材５０を取付部３８と一体に形成してもよい。このようにすれば、検出ステータ３２の製造工程が少なくなり、製造コストを低減できる。

さらに、上記においては、検出ステータ３２に設けた取付部３８が環状部３８ａと取付タブｂとを含むものとして説明したが、これに限定されるものではなく、略三角状をなす取付タブだけがステータコアの外周部に設けられた形態としてもよい。このようにすれば、使用する樹脂材料が少なくて済み、材料費を低減できる。

１０レゾルバ、１２モータ、１４ハウジング、１６ケース、１７台座部、１７ａねじ穴、１７ｂ位置決め孔、１８軸受、１９ケース内面、２０モータステータ、２２モータロータ、２２ａロータコア、２２ｂロータシャフト、２４ティース、２６ステータコイル、３０検出ロータ、３２検出ステータ、３３ステータコア、３４キー、３６キー溝、３９ピン挿通孔、３８取付部、３８ａ環状部、３８ｂ取付タブ、４２ヨーク部、４４ティース部、４６検出コイル、４８コイルエンド部、５０カバー部材、５２カラー、５４ボルト、５６，５６ａノックピン、Ｘ矢印（軸方向）。

Claims

ステータが固定される台座部を有するケースと、
磁性体からなるステータコアの外周部に径方向外側へ突出して設けられた非磁性材料からなる複数の取付部を有し、前記取付部には前記台座部に固定するための固定部材を挿通する貫通孔が設けられているステータと、
前記取付部に設けられて前記台座部に形成された位置決め孔に挿入されることにより前記ケースに対する前記ステータの周方向位置を決める少なくとも１つのノックピンと、を備え、
前記台座部は前記ステータを収容する前記ケースの内面から軸方向に延びて突設されるとともに軸方向に向いた端面が平坦面に形成されている、
ステータ固定構造。
請求項１に記載のステータ固定構造において、
前記ケースの内面からの前記台座部の突出長さは、前記ステータに巻装されている検出コイルのコイルエンド部またはこのコイルエンド部を覆うカバー部材が前記ケースの内面に接触しない程度に形成されている、ステータ固定構造。
請求項１または２に記載のステータ固定構造において、
前記台座部は、前記ステータの外周に沿う円周方向に間隔を置いて複数設けられる、ステータ固定構造。