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技術 回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータ

出願人 三菱電機株式会社
発明者 菊池奈緒美笹井拓真磯田仁志井上正哉
出願日 2017年6月16日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2017-118273
公開日 2019年1月10日 (4ヶ月経過) 公開番号 2019-002816
状態 特許登録済
技術分野 感知要素の出力の伝達及び変換 ブラシレスモータ 電動機,発電機と測定・保護装置等との結合 特殊な電動機、発電機
主要キーワード くぼむ 帯状板材 内径形状 薄板構造 強度バラツキ 車両用駆動モータ センサーロータ センサー位置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年1月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置を得る。

解決手段

センサーロータセンサーステータとを有する回転角度検出装置であって、センサーロータは、センサーステータと対向する外周面において凹凸が形成されており、中心部に設けられた環状の取付孔回転軸挿通され、取付孔には回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合する位置決め凸部が内径側に突出するように設けられており、位置決め凸部の両側には外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、位置決め凸部は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられている。

概要

背景

従来のバリアブルリラクタンス型ロータでは、半径方向の比較的厚い凸部に対応する位置に、キーが設けられているものがある(例えば、特許文献1参照)。より具体的には、この特許文献1は、ロータの内径壁に突起を設けて、回転軸の軸凹溝と嵌合させる構成を備えている。この結果、特許文献1は、部品点数の削減および薄肉化を可能としたバリアブルリラクタンス型角度検出器ロータ構造を実現している。

概要

コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置を得る。センサーロータセンサーステータとを有する回転角度検出装置であって、センサーロータは、センサーステータと対向する外周面において凹凸が形成されており、中心部に設けられた環状の取付孔に回転軸が挿通され、取付孔には回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合する位置決め凸部が内径側に突出するように設けられており、位置決め凸部の両側には外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、位置決め凸部は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられている。

目的

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

磁性体で構成されたセンサーロータと、前記センサーロータの外径側において前記センサーロータと対向して設けられたセンサーステータとを有する回転角度検出装置であって、前記センサーロータは、前記センサーステータと対向する外周面において、機械角360°に対してX(Xは1以上の整数周期変化する凹凸が形成されており、中心部に設けられた環状の取付孔回転軸挿通され、前記取付孔には、前記回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合することで、前記回転軸に対して前記センサーロータの回転方向位置規制する位置決め凸部が、内径側に突出するように1つまたは複数設けられており、前記位置決め凸部の両側には、前記外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、前記位置決め凸部は、前記外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられている回転角度検出装置。

請求項2

前記センサーロータは、薄板電磁鋼板が回転軸方向に積層され、カシメで固定された状態として構成され、前記カシメは、前記外周面の凸部の位置に対応した位置に設けられている請求項1に記載の回転角度検出装置。

請求項3

前記位置決め凸部は、積層された前記電磁鋼板の一部に設けられ、その他の電磁鋼板には設けられていない請求項2に記載の回転角度検出装置。

請求項4

前記センサーロータは、圧延加工された帯状板材を所定の形状に打ち抜き加工して形成された前記電磁鋼板が、打ち抜き加工時の前記帯状板材の圧延方向に対する前記電磁鋼板の向きと、積層時における前記電磁鋼板の向きとが一定となるようにして形成されている請求項2または3に記載の回転角度検出装置。

請求項5

前記センサーステータは、円弧または円環状であり、前記内径側に突出したティース部と、前記ティース部の間に構成され、コイル巻回されるスロット部とを有して構成されるレゾルバステータである請求項1から4のいずれか1項に記載の回転角度検出装置。

請求項6

前記センサーステータは、磁気検出素子を有して構成される請求項1から4のいずれか1項に記載の回転角度検出装置。

請求項7

内燃機関動力伝達装置との間に設けられており、請求項1から6のいずれか1項に記載の回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータであって、前記回転軸は、中空構造であり、前記前記中空構造の一部に、前記動力伝達装置の一部が入り込んで構成されている回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータ。

請求項8

前記回転軸は、前記車両用駆動モータのロータに設けられたロータ位置決め凸部と嵌合するためのロータ位置決め凹溝と、前記軸凹溝とが、軸方向に連通した同一形状として形成されている請求項7に記載の回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータ。

技術分野

0001

本発明は、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータに関する。

背景技術

0002

従来のバリアブルリラクタンス型ロータでは、半径方向の比較的厚い凸部に対応する位置に、キーが設けられているものがある(例えば、特許文献1参照)。より具体的には、この特許文献1は、ロータの内径壁に突起を設けて、回転軸の軸凹溝と嵌合させる構成を備えている。この結果、特許文献1は、部品点数の削減および薄肉化を可能としたバリアブルリラクタンス型角度検出器ロータ構造を実現している。

先行技術

0003

特開2002−174535号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
回転角度検出装置は、センサーロータが回転すると、遠心力が発生する。そして、円環状のセンサーロータの取付孔に、逃げ凹溝のような形状があると、発生した遠心力に起因して、応力集中が発生する。

0005

従って、センサーロータの耐遠心力性を確保するためには、センサーロータをより肉厚にしなければならない問題がある。一方、センサーロータを肉厚にせずに、センサーロータの耐遠心力性を確保するためには、高強度材を採用することも考えられる。しかしながら、この場合には、サイズの拡大は防止できるものの、コストが上がってしまう問題がある。

0006

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る回転角度検出装置は、磁性体で構成されたセンサーロータと、センサーロータの外径側においてセンサーロータと対向して設けられたセンサーステータとを有する回転角度検出装置であって、センサーロータは、センサーステータと対向する外周面において、機械角360°に対してX(Xは1以上の整数周期変化する凹凸が形成されており、中心部に設けられた環状の取付孔に回転軸が挿通され、取付孔には、回転軸に設けられた軸凹溝と嵌合することで、回転軸に対してセンサーロータの回転方向位置規制する位置決め凸部が、内径側に突出するように1つまたは複数設けられており、位置決め凸部の両側には、外径側にくぼむように逃げ凹溝が設けられており、位置決め凸部は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に設けられているものである。

0008

また、本発明に係る回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータは、内燃機関動力伝達装置との間に設けられており、本発明の回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータであって、回転軸は、中空構造であり、中空構造の一部に、動力伝達装置の一部が入り込んで構成されているものである。

発明の効果

0009

本発明によれば、センサーロータの外周面に凹凸を持たせ、センサーロータの径方向の厚さの中心位置が、周方向でずれることによって、遠心力による引張荷重によって曲げモーメントを生じさせ、逃げ凹溝に発生する応力を低減させる構成を備えている。この結果、センサーロータに高強度材を採用することなく、センサーロータの厚肉化も不要となり、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施の形態1における回転角度検出装置の構成図である。
本発明の実施の形態1において、外周面の凹部に対応する内周面の位置に設けられた位置決め凸部周辺応力分布解析結果を示した図である。
位置決め凸部を外周面の凸部に対応する内周面の位置に設けた際の、位置決め凸部周辺の応力分布の解析結果を示した図である。
本発明の実施の形態1における回転角度検出装置の、図1とは異なる構成図である。
本発明の実施の形態2における回転角度検出装置の構成図である。
本発明の実施の形態3における回転角度検出装置を車両用駆動モータに適用した場合の構成図である。

実施例

0011

以下、本発明の回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータの好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

0012

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における回転角度検出装置の構成図であり、センサーロータの回転軸方向に見た上面図に相当する。図1に示した回転角度検出装置1は、センサーステータ10、センサーロータ20、および回転軸30を備えて構成されている。

0013

本実施の形態1におけるセンサーロータ20は、磁性体で構成され、外周面に凹凸が設けられている。さらに、本実施の形態1におけるセンサーロータ20は、外周面の凹部の位置に対応する内周面に、位置決め凸部21が設けられており、位置決め凸部21は、回転軸30側に突出しており、回転軸30の軸凹溝31と嵌合している。また、位置決め凸部21の両端には、逃げ凹溝22が設けられている。

0014

一方、センサーステータ10は、センサーロータ20の外径側に、センサーロータ20と対向するように設けられている。また、本実施の形態1に係るセンサーステータ10は、図1に示したように、ティース部11の間のスロット部12に巻回されたコイル13を備えて構成されている。

0015

センサーステータ10の対向面に相当するセンサーロータ20の外周面は、機械角360°に対してX(Xは1以上の整数)周期変化するように凹凸が設けられていることになる。図1に示した例では、X=12として、センサーロータ20の外周面に凹凸が設けられている。

0016

このような構造を備えたセンサーロータ20が回転軸30に伴って回転すると、センサーステータ10に対するセンサーロータ20の外径側の形状が、周期的に凹凸を繰り返すこととなる。さらに、回転に伴う遠心力が発生すると、この遠心力によって、回転方向の断面では、全体的に引張荷重が発生する。すなわち、周方向に引っ張るモードが発生する。

0017

ここで、本実施の形態1に係るセンサーロータ20は、その径方向の厚さの中心位置が、周方向でずれている。このような構造を有することによって、センサーロータ20には、遠心力による引張荷重によって、曲げモーメントが生じる。この曲げモーメントによって、位置決め凸部21には、外径側が圧縮、内径側が引張の応力が生じる。一方、この曲げモーメントによって、逃げ凹溝22には、内径側が圧縮、外径側が引張の応力が生じる。

0018

従って、センサーロータ20において、外周面が凹部となっている位置では、この曲げモーメントによる圧縮応力と、遠心力によって全体に係る引張応力とが作用し合い、結果的に応力が小さくなる。また、逃げ凹溝22には応力集中が発生する。しかしながら、本実施の形態1に係るセンサーロータ20は、外周面の凹部に対応する内周面の位置に、位置決め凸部21が設けられている。このような構造を有することで、位置決め凸部21の両側の逃げ凹溝22に発生する応力を、低減させることができる。

0019

図2は、本発明の実施の形態1において、外周面の凹部に対応する内周面の位置に設けられた位置決め凸部21周辺の応力分布の解析結果を示した図である。図2に示す分布では、応力値が−9.6〜119.8Mpaの範囲を9分割して識別表示されている。図2のA部の拡大図に示すように、逃げ凹溝22の応力値は、110Mpaとなっている。

0020

これに対して、図3は、位置決め凸部21を外周面の凸部に対応する内周面の位置に設けた際の、位置決め凸部21周辺の応力分布の解析結果を示した図である。図3に示す分布では、応力値が−10.2〜194.2Mpaの範囲を9分割して識別表示されている。図3のB部の拡大図に示すように、逃げ凹溝22の応力値は、194Mpaとなっている。

0021

従って、図2図3に示した解析結果の比較からも明らかなように、本実施の形態1に係るセンサーロータ20は、外周面の凹部に対応する内周面の位置に、位置決め凸部21を設ける構造を採用することで、位置決め凸部21の両側の逃げ凹溝22に発生する応力を、低減させることができる。

0022

また、このセンサーロータ20は、薄板状の電磁鋼板を回転軸30の方向に積層して形成することができる。この場合、それぞれの電磁鋼板は、図1に示すように、カシメ23によって固定される。

0023

そして、本実施の形態1に係るセンサーロータ20は、カシメ23の位置を、外周面の凸部に対応する位置に設けている。このような配置構成によって、センサーロータ20は、逃げ凹溝22による応力集中と、カシメ23が構成されることによる応力集中との影響を分散することで、回転時に遠心力の影響で発生する応力の最大値を抑制することができる。

0024

なお、積層される電磁鋼板は、圧延加工された帯状板材を所定の形状に打ち抜き加工して形成される。そこで、打ち抜き加工時の帯状板材の圧延方向に対する電磁鋼板の向きと、積層時の電磁鋼板の向きとが、いずれも一定であるようにして、センサーロータ20を形成することができる。

0025

このように形成されたセンサーロータ20は、圧延方向の違いによる電磁鋼板の強度バラツキに対する、耐遠心力の感受性下げることができる。この結果、積層時における回し積み(転積)が不要になり、打ち抜き加工のコストを下げることができる。

0026

また、図1におけるセンサーステータ10は、レゾルバステータである。すなわち、図1に示したセンサーステータ10は、円弧または円環状であり、内径側または内径側に突出したティース部11を備え、ティース部11の間に構成されるスロット部12に巻回されたコイル13を備えて構成されるレゾルバステータである。

0027

しかしながら、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、磁気検出素子14を備えたセンサーステータ10によって、回転検出装置を構成することも、当然考えられる。図4は、本発明の実施の形態1における回転角度検出装置1の、図1とは異なる構成図である。図4に示したセンサーステータ10は、磁気検出素子14を備えて構成されている。このような図4の構成によっても、先の実施の形態1の構成と同様の効果を実現できる。

0028

以上のように、実施の形態1によれば、センサーロータの外周面に凹凸を持たせ、センサーロータの径方向の厚さの中心位置が、周方向でずれるように構成されている。このような構成を備えることで、遠心力による引張荷重によって曲げモーメントを生じさせ、逃げ凹溝に発生する応力を低減させることができる。

0029

従って、センサーロータに高強度材を採用することなく、センサーロータの厚肉化も不要となる。この結果、コストの上昇を抑えた上で耐遠心力性を確保する回転角度検出装置、および回転角度検出装置を備えた車両用駆動モータを得ることができる。

0030

また、実施の形態1に係るセンサーロータは、薄板の電磁鋼板を回転軸方向に積層して、カシメで固定されて構成される際に、カシメの固定位置を、センサーステータ対向面の凸形状の位置に対応した位置としている。このような配置構成により、応力集中する逃げ凹溝に対して、カシメによる強度への影響を小さくできる。この結果、センサーロータに高強度材を採用することなく、安価な鋼板を用いた薄板構造によるセンサーロータを実現できる。

0031

実施の形態2.
本実施の形態2では、薄板状の電磁鋼板を積層して形成されるセンサーロータ20の具体的な構成について説明する。図5は、本発明の実施の形態2における回転角度検出装置の構成図である。具体的には、図5(a)は、上面図、図5(b)は、図5(a)のA−A断面図、図5(c)は、図5(b)におけるB部の部分拡大図、をそれぞれ示している。

0032

本実施の形態2におけるセンサーロータ20は、薄板状の電磁鋼板を積層して成り、その積層鋼板の所定の枚数にのみ位置決め凸部21を有し、他の電磁鋼板は、位置決め凸部21を有さない点を技術的特徴としている。

0033

このような構成を採用した場合には、位置決め凸部21を有さない電磁鋼板の内径形状を、円環状にすることができる。この結果、本実施の形態2に係るセンサーロータ20は、遠心力による応力の発生をより小さく抑えることができる。

0034

また、位置決め凸部21を部分的に設ける構成を採用することで、図5(c)に示したように、回転軸30のセンサー位置決め用の軸凹溝31の深さが、軸方向の全域にある必要がなくなる。このため、例えば、回転軸30は、その終端にR形状を設けることができる。これによって、エンドミル加工でなく、カッターによる加工により回転軸30を製造することができる。この結果、より安価に回転軸30を製造することができる。

0035

以上のように、実施の形態2によれば、位置決め凸部を部分的に設けるようにして薄板状の電磁鋼板を積層することで形成されたセンサーロータ20を採用している。この結果、先の実施の形態1の構成を採用する場合と比較して、遠心力による応力の発生を、より小さく抑えることができる。さらに、回転軸の製造に関する制約緩和でき、より安価に回転軸を製造した上で、先の実施の形態1と同等以上の効果を実現できる。

0036

実施の形態3.
本実施の形態3では、本発明の回転角度検出装置1を車両用駆動モータ100に適用する場合について説明する。図6は、本発明の実施の形態3における回転角度検出装置1を車両用駆動モータに適用した場合の構成図である。

0037

車両用駆動モータ100としては、内燃機関200と動力伝達装置300との間に取り付けられるものが知られている。このような構成では、回転軸30を中空構造にして、この中空構造の部分に動力伝達装置300の一部が入り込んで構成されることがある。

0038

このとき、中空構造に応じて、モータの回転角度検出装置1は、そのセンサーロータ20の内径を大きく構成する必要がある。センサーロータ20の構造が大きくなると、回転時の遠心力によって発生する応力も大きくなる。

0039

このような場合に、位置決め凸部21および逃げ凹溝22を構成する際に、先の実施の形態1、2で説明したような本発明に係る回転角度検出装置1の構造を採用することで、応力を抑えることができる。

0040

また、このとき、センサーロータ20の位置決め凸部21と嵌合するために設けられる軸凹溝31と、ロータコア101の位置決め用の凹溝102とを、軸方向に連通した同一形状として回転軸30に形成することによって、回転軸の加工工数を低減し、より安価にモータを製造することができる。

0041

1回転角度検出装置、10センサーステータ、11ティース部、12スロット部、13コイル、14磁気検出素子、20センサーロータ、21位置決め凸部、22逃げ凹溝、23カシメ、30回転軸、31 軸凹溝、100車両用駆動モータ、101ロータコア、102ロータ位置決め用の凹溝、200内燃機関、300動力伝達装置。

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