JP5696642B2 - ステータ固定構造 - Google Patents

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２００３−２３７６１号公報（特許文献１）には、過大な応力をかけずに、精度よく固定できることを解決課題としたブラシレスモータのレゾルバ固定構造が開示されている。このレゾルバ固定構造では、エンドプレートに形成された環状の凹部にレゾルバの検出ステータが収容され、上記エンドプレートに圧入によって固定される樹脂製の係止部材のフランジ部が検出ステータの軸方向端面の外周部を押圧することにより、エンドプレートに対して検出ステータが押圧固定されることが記載されている。ここで、特許文献１の段落００２５を参照すると、レゾルバの検出ステータは、エンドプレートに埋め込まれたキーに嵌合するキー溝を有し、このキー嵌合によってエンドプレートに対する周方向の位置が決められることが記載されている。

特開２００３−２３７６１号公報

特許文献１に記載のレゾルバ固定構造では、エンドプレートにキーを埋め込むための溝または穴の加工およびキー組付け作業が必要であり、加工費が嵩むとともに組付けが煩雑である。

本発明は、キーを用いることなく、取付先部材に対してステータを簡易な構造で、精度良く、容易に固定することができ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、環状の外周面を有する鋼板積層体からなるステータが固定される取付先部材と、前記取付先部材の台座部のピン孔に周方向の一部がはみ出した状態で圧入されることにより立設される少なくとも２以上のノックピンと、前記外周面に臨む縁部に、鋼板の転積により形成された軸方向に貫通しない切り欠き部を有するステータと、を備え、前記ステータは、前記取付先部材に対し、前記ノックピンのはみ出した一部が前記切り欠き部に係合することにより周方向位置が決められるとともに、前記ノックピンのはみ出した一部の軸方向端面により前記切り欠き部の未貫通部分を前記台座部のインロー段部との間で挟持して軸方向位置が決められ、前記ノックピンのはみ出した一部が前記切り欠き部に対して径方向内側の押圧力を作用させることにより前記ステータの径方向位置が決められるものである。

本発明に係るステータ固定構造によれば、取付先部材の台座部に少なくとも２以上のノックピンを打ち込んで切り欠き部に係合させることにより、周方向位置および軸方向位置が決められた状態でステータを取付先部材に固定することができる。したがって、取付先部材に対してステータを簡易な構造で、精度良く、容易に固定することができる。また、取付先部材にステータを組み付けた後に周方向位置を調整する必要がなく、ステータの組付作業が迅速かつ容易になる。さらに、ステータにボルト挿通用の貫通孔を形成する必要がなく、その分、ステータを小径化でき、材料費を低減できる。

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ステータを示す斜視図である。 図２における矢印Ａ方向から見たノックピンおよび検出ステータの一部を示す拡大図である。 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 検出ステータの平面図である。 図５におけるＣ−Ｃ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２は図１おいてケースに取り付けられたレゾルバの検出ステータを示す斜視図である。なお、本実施形態ではステータ固定構造がレゾルバ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。検出ロータ３０は、例えば、略楕円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（図示せず）が突設されており、このキーがロータシャフト２２ｂ上に凹設されたキー溝（図示せず）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、軸方向の端面がロータシャフト２２ｂ上の突設された当り部（図示せず）に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、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を含む。

ステータコア３３は、円環状に連なるヨーク部と、ヨーク部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３９とを備える。ティース部３９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３９の周囲に検出コイル４０が巻装されている。検出コイル４０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４２を含む。

図２に示すように、検出コイル４０は、円環状の樹脂製カバー部材４４によって覆われているのが好ましい。このカバー部材４４は、検出ステータ３２の内周面にティース部３９の端面を露出された状態で全周にわたって検出コイル４０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４４の図示が省略されている。

カバー部材４４は、例えば、検出コイル４０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４４は、検出ステータ３２の軸方向両側において検出コイル４０のコイルエンド部４２を覆っているのが好ましい。このように、カバー部材４４によって検出コイル４０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４０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４０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。

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３９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４０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３〜６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における矢印Ａ方向から見たノックピンおよび検出ステータの一部を示す拡大図である。図４は、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。図５は、検出ステータ３２の平面図である。図６は、図５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および端面を有する柱状をなしている。また、台座部１７は、矢印Ｘで示す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４４（またはコイルエンド部４２）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。

また、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、後述するステータ外周面に形成される切り欠き部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。

台座部１７の端面には、ノックピン５０が軸方向に沿って立設されている。ノックピン５０は、ケース１６に対して検出ステータ３２を周方向位置および軸方向位置が決められた状態で固定するための固定部材である。ノックピン５０は、図３，４に示すように、台座部１７の先端部１７ａに形成されるピン孔１７ｃに圧入されることによって固定される。

台座部１７は、先端部１７ａと、インロー段部１７ｂと、ピン孔１７ｃとを有する。先端部１７ａに形成されたピン孔１７ｃは、周方向の一部が開いている。これにより、ピン孔１７ｃにノックピン５０が打ち込まれたとき、ノックピン５０の周方向の一部、より具体的には、検出ステータ３２における径方向内側に面した部分がピン孔１７ｃからはみ出した状態に圧入されるようになっている。

ここで、ピン孔１７ｃは、ノックピン５０の圧入および保持を確実なものとするために、ノックピン５０の周囲に対して少なくとも１８０度を超える範囲にわたる内壁面を有することが必要である。ただし、ノックピン５０の横断面形状が円形以外の、例えば楕円、矩形、三角形等の他の形状である場合には、ノックピンの圧入される部分よりもはみ出し部分をより大きくすることも可能である。

台座部１７のインロー段部１７ｂは、検出ステータ３２のステータコア３３の外周部端面に当接して検出ステータ３２を支持する機能を有する。本実施形態では、ピン孔１７ｃの底部がインロー段部１７ｂと面一に形成されている例が示されている。

本実施形態における３つの台座部１７の内側に検出ステータ３２を収容して配置したとき、ステータコア３３の外周面３３ａと台座部１７の先端部１７ａとの間に、若干の隙間が形成されるようにするのが好ましい。これにより、検出ステータ３２に対して台座部１７が径方向押圧力を与えないようにすることができ、検出ステータ３２の径方向の応力歪みによる検出精度への影響をなくすことができる。

ノックピン５０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５０は、図３に示すように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５０の端部の外周部には、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５０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５０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。

本実施形態のステータ固定構造では、台座部１７の数に対応する３本のノックピン５０が用いられている。このように３本のノックピン５０で検出ステータ３２を固定することとしたことで、構成部品数を少なくして組付け作用を容易にしながら、検出ステータ３２の径方向位置および周方向位置の位置決めを確実に行うことができる。ただし、ノックピン５０（および台座部１７）の数は、４以上としてもよいことは勿論である。また、２本のノックピン５０としてもよいが、この場合には検出ステータ３２の径方向にほぼ対向する位置でステータコア３３の外周面にノックピン５０が当接するように設けるのが良い。

図４〜６を参照すると、検出ステータ３２を構成するステータコア３３は環状の外周面３３ａを有しており、その外周面３３ａに臨む縁部に、軸方向に貫通しない複数の切り欠き部５４が形成されている。より詳細には、本実施形態では、それぞれ略半円状をなす７つの切り欠き部５４が周方向に等ピッチで形成されている。

ステータコア３３において軸方向に貫通しない切り欠き部５４は、次のようにして形成されることができる。すなわち、外周に７つの切り欠き部５４を有する複数枚の磁性鋼板を積層してステータコア３３を構成する際、例えば半分の枚数の磁性鋼板は切り欠き部のピッチ分ずつ周方向にずらしながら転積し、次の１枚の磁性鋼板は半ピッチだけ周方向にずらした位置で転積し、そして、残る枚数の磁性鋼板を再び上記ピッチ分ずつ周方向にずらしながら転積する。これにより、例えば、図５，６に示すように、積層厚みのうち半分は切り欠き部５４が揃い、残る半分は閉じた形状となり、その結果として軸方向に貫通しない切り欠き部５４が形成されることになる。なお、切り欠き部５４を構成する磁性鋼板の枚数（または切り欠き部５４を閉じることとなる磁性鋼板の枚数）は、適宜に設定されることができる。

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のインロー段部１７ｂ上に検出ステータ３２のステータコア３３の外周縁部が載るように配置する。このとき、図２において上方に向けた切り欠き部５４が台座部１７のピン孔１７ｃの開口した部分に対向するように検出ステータ３２の周方向位置を合わせる。

続いて、３本のノックピン５０を台座部１７のピン孔１７ｃに打ち込んで圧入固定する。これにより、図４に示すように、ピン孔１７ｃから径方向内側にはみ出たノックピン５０の部分がステータコア３３の切り欠き部５４に係合して、ケース１６に対するステータコア３３すなわち検出ステータ３２の周方向位置が決められる。

また、図４に示すように、台座部１７のピン孔１７ｃに圧入されたノックピン５０の軸方向端部のうちピン孔１７ｃからはみ出した部分が、切り欠き部５４を閉じている鋼板外周部分に当接して、台座部１７のインロー段部１７ｂとの間で挟持した状態となる。これにより、検出ステータ３２は、ケース１６に対して軸方向位置が決められた状態で固定される。

さらに、本実施形態では、ノックピン５０のはみ出した部分と切り欠き部５４の縁部とが接触することによって、ケース１６に対する検出ステータ３２の径方向位置も正確に決めることができる。この場合、ノックピン５４が切り欠き部５４を介してステータコア３３に過度な押圧力を作用させないようにステータコア３３の締め代を設定しておくことで、径方向の応力歪みによる検出精度の低下を回避することができる。

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、ケース１６の台座部１７に少なくとも２以上のノックピン５０を打ち込んで切り欠き部５４に係合させることにより、周方向位置および軸方向位置が決められた状態で検出ステータ３２をケース１６に固定することができる。したがって、ケース１６に対して検出ステータ３２を簡易な構造で、精度良く、容易に固定することができる。

また、ケース１６に検出ステータ３２を組み付けた後にステータの周方向位置を調整する必要がなく、検出ステータ３２の組付作業が迅速かつ容易になる。

さらに、検出ステータ３２のステータコア３３の外周部分にボルト挿通用の貫通孔を形成する必要がなく、その分、検出ステータ３２を構成するステータコア３３を小径化でき、材料費を低減できる。

さらにまた、ノックピン５０によって切り欠き部５４に径方向押圧力が作用する領域は全周領域から見て小さく限定されており、かつ、切り欠き部５４の切り込み深さを適当に設定する等により、レゾルバ１０の検出精度に影響するようなステータコア３３の径方向応力歪みが生じるのを抑制することもできる。

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。

１０ レゾルバ、１２ モータ、１４ ハウジング、１６ ケース、１７ 台座部、１７ａ 先端部、１７ｂインロー段部、１７ｃ ピン孔、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、３３ａ 外周面、３９ ティース部、４０ 検出コイル、４２ コイルエンド部、４４ カバー部材、５０ ノックピン、５４ 切り欠き部、Ｘ 矢印（軸方向）。

Claims (1)

1. 環状の外周面を有する鋼板積層体からなるステータが固定される取付先部材と、
   前記取付先部材の台座部のピン孔に周方向の一部がはみ出した状態で圧入されることにより立設される少なくとも２以上のノックピンと、
   前記外周面に臨む縁部に、鋼板の転積により形成された軸方向に貫通しない切り欠き部を有するステータと、を備え、
   前記ステータは、前記取付先部材に対し、前記ノックピンのはみ出した一部が前記切り欠き部に係合することにより周方向位置が決められるとともに、前記ノックピンのはみ出した一部の軸方向端面により前記切り欠き部の未貫通部分を前記台座部のインロー段部との間で挟持して軸方向位置が決められ、
   前記ノックピンのはみ出した一部が前記切り欠き部に対して径方向内側の押圧力を作用させることにより前記ステータの径方向位置が決められる、
   ステータ固定構造。

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