JP3939952B2

JP3939952B2 - レゾルバ付きモータ

Info

Publication number: JP3939952B2
Application number: JP2001310503A
Authority: JP
Inventors: 康一林; 憲之福井
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: US20030067233A1; JP2003114139A; US6777843B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の位置又は速度を検出するレゾルバを備えたモータ、即ちレゾルバ付きモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータは様々な機械の駆動源として使用されるコンポーネントであるため、近年、その駆動特性を向上させると共に小型化及び低コスト化させることが強く要求されている。モータの駆動特性を向上させるには、モータの回転軸或いはロータの角度位置又は速度を検出するためレゾルバ（検出器）を設け、このレゾルバの出力を制御・駆動系にフィードバックすることによって、モータの回転位置・速度をフィードバック制御するのが有効である。モータにレゾルバを設ける際に従来採られていた構造としては、図３及び図４に示すようにレゾルバ専用の回転軸を設ける構造と、図５に示すようにモータ回転軸にレゾルバロータをはめ込む構造とが、知られている。なお、本願中の各図（図２を除く）に示されているのは、モータの反負荷側の端部の構造である。レゾルバが設けられるのは、多くは、回転駆動対象たる負荷が連結されている負荷側の端とは逆側の端、即ち反負荷側であるため、負荷側の端については図示を省略している。
【０００３】
図３及び図４に示すレゾルバ２０１は、軸方向断面を示す図３に明示されているように、その回転軸（以下、「レゾルバ回転軸」）２０２と、モータ２０３の回転軸（以下、「モータ回転軸」）２０４とを、その中心を一致させた上でボルト２０５にて直結した構造を有している。従って、モータ回転軸２０４が回転するとレゾルバ回転軸２０２も同じ回転数で回転する。また、レゾルバ回転軸２０２の端部には、ロータ（以下、「レゾルバロータ」）２０６が固定されている。レゾルバロータ２０６は、図３の上方から見た平面図である図４に示されているように、径方向に沿い凹凸を有している。モータ２０３が６ポール同期モータ２０３であるなら、例えば、図示のように、２π／３［ｒａｄ］周期で凹凸を繰り返すおむすび状の凹凸形状とする。レゾルバロータ２０６は、珪素鋼板を図３の上下方向に沿って積層し、図４中の２１８ａ、２１８ｂ及び２１８ｃの各箇所でかしめた構造を有している。更に、レゾルバロータ２０６は、レゾルバ回転軸２０２の回転中心と、モータ回転軸２０４の形状中心とが、図中の一点鎖線２０８で一致するよう、レゾルバ２０１製造段階において位置調整した上でレゾルバ回転軸２０２に対して接着固定される。従って、レゾルバロータ２０６は、モータ回転と正確に同期してかつ正確に同軸で回転する。
【０００４】
更に、モータ回転軸２０４の負荷側の端は図示しない負荷側の軸受を介して、また反負荷側の端は反負荷側の軸受２１６を介して、それぞれモータブラケット２１３により支持されており、レゾルバ回転軸２０２は、軸受２０７ａ及び２０７ｂを介してレゾルバ２０１のハウジング２１１により支持されている。ハウジング２１１は、図示しない個所にてカップリング２１２に締結されており、更にカップリング２１２はモータブラケット２１３にボルト２１５ａ、２１５ｂにより固定されている。従って、ハウジング２１１は、モータ回転軸２０２の回転によっては回転しない。ハウジング２１１には、その内周面がレゾルバロータ２０６の周縁部と対向するよう、かつ、レゾルバロータ２０６の形状中心とレゾルバステータ鉄心２１０の極歯先がなす円形状の中心とが一致するよう、なべ小ねじ２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ、２１７ｄにより、レゾルバ２０１のステータ鉄心（以下「レゾルバステータ鉄心」）２１０が固定されている。レゾルバステータ鉄心２１０も、レゾルバロータ２０６と同様、図３中の上下方向に沿って珪素鋼板を積層した構造を有しており、その内周面には円周方向に沿って極歯が設けられている。極歯はレゾルバロータ巻線２０９を巻装するための歯状の凹凸であり、図４に示すように、モータ２０３が６ポール同期モータであるなら１２個の極歯を設ける。以上の構造は、更にカバー２１４によって覆われ保護される。
【０００５】
このような構造の下では、モータ回転に伴いレゾルバロータ２０６が回転すると、レゾルバロータ２０６外表面の凹凸部と、レゾルバステータ鉄心２１０の極歯とのギャップが変化する。その結果各巻線にて生じるインダクタンス変化は外部にて電気的に検出することができ、検出結果からレゾルバロータ２０６の回転位置を、２π／３［ｒａｄ］以内の範囲で検出することができる。また、検出した回転位置を時系列的に観測しその時間的変化を求めることにより、回転速度を検出できる。即ち、レゾルバ２０１を使用することにより、モータ２０３の磁極位置や速度検出を行うことができる。
【０００６】
しかしながら、図３及び図４に示したレゾルバ２０１には、高精度な検出を行うには、製造時にレゾルバロータ２０６とレゾルバステータ鉄心２１０の位置的関係を正確に調整する必要がある、という問題がある。無論、モータ回転軸２０４とレゾルバ回転軸２０２との結合誤差は、カップリング２１２にて吸収することができるものの、レゾルバ２０１専用の軸受２０７ａ、２０７ｂ、カップリング２１２及び回転軸２０２が必要となるため、その形状が大きくなりやすくまたコストも高くなりやすい。図５にその軸方向断面を示すレゾルバ４０１においては、これらの問題に対処するため、モータとレゾルバの回転軸共通化、それによるカップリング及び軸受の廃止、ひいては小型化及び低コスト化を実現すべく、常用ハメアイによる構造を採用している。
【０００７】
図５に示すレゾルバ４０１では、レゾルバ回転軸４０２とモータ回転軸４０３とが一体となっており、従って両者の中心は一点鎖線４０４にて一致している。レゾルバロータ４０６は、径方向に沿いおむすび状（６ポールの場合）の凹凸形状を有する珪素鋼板を、図３中の上下方向に沿い積層したものであり、間座４１１を介してレゾルバ回転軸４０２に固定されている。即ち、レゾルバロータ４０６は、間座４１１の内径の中心とレゾルバロータ４０６の凹凸形状の形状中心とが一致するように、間座４１１の外周面に接着固定されており、間座４１１はレゾルバ回転軸４０２に常用ハメアイ（印籠）にて挿入されている。その上で、間座４１１は、ナット４０５にてレゾルバ回転軸４０２に固定されている。このように間座４１１を挟んでレゾルバロータ４０６をレゾルバ回転軸４０２に装着するのは、仮にレゾルバロータ４０６をレゾルバ回転軸４０２に直接に圧入し或いは常用ハメアイ（印籠）等により挿入すると、あらぬ応力がレゾルバロータ４０６へ加わり磁気的検出の妨げとなることによる。
【０００８】
他方、レゾルバステータ鉄心４１２は、ハウジング４１４の外周面の中心とレゾルバステータ鉄心４１２の極歯先がなす円形状の中心とが一致するように、ハウジング４１４に、なべ小ねじ４１０ａ、４１０ｃにて固定されている。モータブラケット４１５は、軸受４０７が入っている部位とハウジング４１４の外周が挿入される部位とが同一把握状態で加工されているため、両部位の同軸度或いは同心度は高精度である。レゾルバステータ鉄心４１２が固定されたハウジング４１４は、モータブラケット４１５へ常用ハメアイにて挿入され、ボルト４０９ａ、４０９ｂにて固定されている。なお、基本的な検出の原理は図３に示した従来技術とほぼ同一である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図５に示した従来技術を図３に示した従来技術と比較すると、図５では新たにナット４０５、間座４１１が必要となったものの、図３では必要であった回転軸２０２、軸受２０７ａ、２０７ｂ、カップリング２１２が不要であるため、図５の方が小型化、低コスト化に適しているといえる。しかし、図５に示した従来技術においては、レゾルバロータ４０６とレゾルバステータ鉄心４１２を、幾度かの常用ハメアイや調整によって取り付けてあるため、それらの形状中心が、モータ４０３の回転中心（一点鎖線４０４）からずれる可能性がある。ずれた場合には、期待している回転位置検出精度ひいては回転速度検出精度が得られないことがある。
【００１０】
本発明は、小型化及び低コスト化に限界のある構造（図３及び図４）か小型化及び低コスト化が可能であっても検出精度が低下するかもしれない構造（図５）の何れかを選択せねばならない、というトレードオフを解消し、位置検出精度を維持しつつ小型で低コストなレゾルバ付きモータを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るレゾルバ付きモータは、モータブラケットと、磁性材により形成されこのモータブラケットに対し所定間隙を以て対向するモータ回転軸であってその一部表面に径方向凹凸部を有するモータ回転軸と、この径方向凹凸部と対向するよう前記モータブラケットに固定されたレゾルバステータ鉄心とを備え、前記モータ回転軸に設けられた前記径方向凹凸部をレゾルバロータとするレゾルバが一体形成されたことを特徴とする。より好ましくは、前記モータブラケットにより前記モータ回転軸を支持するための軸受であって前記モータ回転軸のうち前記レゾルバロータとして機能する部分に隣接するよう配置された軸受と、この軸受の外周面を案内面として前記レゾルバステータ鉄心を前記モータブラケットに固定する部材とを備えるものとする。更に好ましくは、前記モータ回転軸のうち、少なくとも、前記軸受が配置される部位と、前記レゾルバロータとして機能させる部位とを、同一把握状態で研削又は旋削加工することによって、その同軸度又は同心度が所定水準以上となるよう、前記モータ回転軸及びこれと一体の前記レゾルバロータを形成する。一例として、前記モータ回転軸及びその一部である前記レゾルバロータは、炭素鋼材より形成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に従って説明する。まず、本発明の一実施形態に係るレゾルバ付きモータ１０３、特にそのレゾルバ構造形成部の断面を図１に、またそのモータ回転軸１０２の斜視外観を図２に、それぞれ示す。モータ回転軸１０２は炭素鋼材等の磁性材より形成されており、図示しない負荷側の軸受と反負荷側の軸受１０７とを介して、モータブラケット１０５により回転自在に支持されている。このモータ回転軸１０２は、負荷側の軸受が挿入される部位１１２ｂと、反負荷側の軸受１０７が挿入される部位１１２ａと、レゾルバ１０１のロータとなる凹凸形状１０６とを、同一把握状態にて把握して、カム研削盤やカム旋盤或いはミーリング軸付き旋盤等により加工して得られたものである。研削盤や旋盤による加工の性質上、同一把握状態で加工された部位の同軸度或いは同心度は、高精度な状態となることから、モータ回転軸１０２の回転中心、即ち負荷側軸受挿入部位１１２ｂと反負荷側軸受挿入部位１１２ａの形状中心を結ぶ線と、レゾルバロータたる凹凸形状１０６の形状中心は、互いに、図中の一点鎖線１０４において高精度に一致する。これにより、従来行われていた作業、特にレゾルバロータをレゾルバ回転軸或いはモータ回転軸に対し位置調整して取り付けるという作業が不要となる。なお、図中１１３は負荷への出力軸である。
【００１３】
モータブラケット１０５の軸受１０７が入る部位と、レゾルバステータ鉄心１０８が固定される部位は、旋盤による同時加工或いはそれに準ずる方法で、両部位の同軸度或いは同心度が高精度となるよう加工されている。モータブラケット１０５は、軸受１０７の外周面を案内面としてモータ１０３に取り付けられる。レゾルバステータ鉄心１０８は、モータブラケット１０５のうちレゾルバステータ鉄心１０８が取り付けられる内周面に接触しない程度に、なべ小ねじ１１０ａ、１１０ｂにてモータブラケット１０５に固定される。レゾルバロータとなる凹凸形状１０６は、上述したように十分に位置精度がよいため、レゾルバステータ鉄心１０８は、比較的ラフに取り付けることが可能である。基本的な検出原理は、従来例で示したものとほぼ同一であるので、説明を省略する。なお、１１１はカバーでありモータ１０３のレゾルバ構造形成部全体を覆う。
【００１４】
なお、本実施形態におけるレゾルバロータ材質は、剛性が必要とされるモータ回転軸と一体であるため、Ｓ４５ｃ等の炭素鋼材である。炭素鋼材は、従来技術に係るレゾルバで使用していた珪素鋼やパーマロイ等に比べ、渦電流損失やヒステリシス損失が大きい。このため、レゾルバロータとレゾルバステータ鉄心の磁極間のギャップ変動を電気信号に変換する際のエネルギー変換効率は、珪素鋼やパーマロイを用いた従来技術に比べ、本実施形態では低下を示す。そのため、エネルギー変換効率を重視する従来の発想と、本実施形態ひいては本発明の発想とは、相容れず、前者から後者を容易に想到できるものではない。また、エネルギー変換効率が低くても、それを補うことができるよう出力信号を増幅すればよいのであり、本実施形態によれば珪素鋼やパーマロイのロータと同等の位置検出が可能である。
【００１５】
また、以上の説明においては、特定の実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。モータ回転軸１０２の凹凸形状１０６の加工は、モータ回転軸１０２の負荷側軸受挿入部位１１２ｂ及び反負荷側軸受挿入部位１１２ａを基準としローレット目を付して行ってもよいし、該部位１１２ａ、１１２ｂを転動基準とし転造加工して行ってもよい。何れの方法でも、本発明のレゾルバ付きモータを得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁性材により形成されたモータ回転軸の一部表面に径方向凹凸部を設けてレゾルバロータとし、この径方向凹凸部と対向するようモータブラケットにレゾルバステータ鉄心を固定するようにしたため、そのロータの構造がモータ回転軸に対して一体不離となったレゾルバを得ることができる。モータ回転軸と別体のレゾルバロータ等を組み込む必要はない。そのため、モータ回転軸に対するレゾルバロータの回転中心位置精度を頗る高めることができ、レゾルバステータ鉄心を比較的ラフに組み付けても検出精度上の支障がない。即ち、レゾルバロータとなる部位の回転振れが少なく高精度な位置検出が可能であることから、カップリング（図３参照）等の部材を介さずモータブラケットに直接レゾルバステータ鉄心を固定することができる。これにより、従来であれば必ず必要であったレゾルバのハウジングを不要とすることができ、更に小型化及び低コスト化できる。なお、レゾルバロータ該当部分を含むモータ回転軸の加工については、軸受等による支持部位とレゾルバロータ該当部分とを同一把握状態或いはそれに準ずる状態にて把握して行うことで、比較的容易に、モータ回転軸に対するレゾルバロータの回転中心位置精度を頗る高めることができる。更に、カップリングだけでなく、レゾルバ専用の回転軸や軸受（図３）や間座（図５）を設ける必要がなくボルト、ナット等の使用個数も減少するため、この面でも、小型化及び低コスト化の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレゾルバ付きモータにおけるレゾルバ構造形成部の断面図である。
【図２】図１に示したレゾルバ付きモータの回転軸を示す斜視図である。
【図３】従来技術におけるレゾルバ取付形態を示す断面図である。
【図４】図３に示したレゾルバの正面図である。
【図５】他の従来技術におけるレゾルバ取付形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１レゾルバ、１０２モータ回転軸、１０３モータ、１０４回転中心、１０５モータブラケット、１０６凹凸形状、１０７軸受、１０８レゾルバステータ鉄心、１０９巻線、１１０ａ，１１０ｂなべ小ねじ、１１１カバー、１１２ａ反負荷側軸受挿入部位、１１２ｂ負荷側軸受挿入部位、１１３出力軸。

Claims

モータブラケットと、磁性材により形成されこのモータブラケットに対し所定間隙を以て対向するモータ回転軸であってその一部表面に径方向凹凸部を有するモータ回転軸と、この径方向凹凸部と対向するよう前記モータブラケットに固定されたレゾルバステータ鉄心とを備え、前記モータ回転軸に設けられた前記径方向凹凸部をレゾルバロータとするレゾルバが一体形成されたことを特徴とするレゾルバ付きモータ。
前記モータブラケットにより前記モータ回転軸を支持するための軸受であって前記モータ回転軸のうち前記レゾルバロータとして機能する部分に隣接するよう配置された軸受と、この軸受の外周面を案内面として前記レゾルバステータ鉄心を前記モータブラケットに固定する部材とを備えることを特徴とする請求項１記載のレゾルバ付きモータ。
前記モータ回転軸のうち、少なくとも、前記軸受が配置される部位と、前記レゾルバロータとして機能させる部位とを、同一把握状態で研削又は旋削加工することによって、その同軸度又は同心度が所定水準以上となるよう、前記モータ回転軸及びこれと一体の前記レゾルバロータを形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のレゾルバ付きモータ。
前記モータ回転軸及びその一部である前記レゾルバロータが、炭素鋼材より形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のレゾルバ付きモータ。