特開 2024-119539 ロータ鉄芯構造、磁性板、磁性板セット、回転電機、およびレゾルバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024119539

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】ロータ鉄芯構造、磁性板、磁性板セット、回転電機、およびレゾルバ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/24 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

H02K1/24 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026520

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000203634

【氏名又は名称】多摩川精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119264

【弁理士】

【氏名又は名称】富沢 知成

(72)【発明者】

【氏名】山道 修一

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA09

5H601CC04

5H601CC14

5H601DD01

5H601DD11

5H601FF15

5H601FF17

5H601GA02

5H601GB05

5H601GB14

5H601GB22

5H601GB33

5H601GC02

5H601GC12

5H601GC22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】レゾルバその他の回転電機において、スキュー構造を有する積層鉄芯であってもプラスチックキャップを使用可能であり、塗装処理の不要化に資する技術を提供すること。
【解決手段】ロータ鉄芯構造は、軸方向に対して角度を有する構造であるスキュー構造１を有する回転電機のロータ鉄芯構造であって、スキュー構造は、鉄芯を構成するティース２の外周部３に形成され、ティースの巻線部４は軸方向に方向を合わせた垂直形態５に形成されている構成とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に対して角度を有する構造であるスキュー構造を有する回転電機のロータ鉄芯構造であって、
前記スキュー構造は、鉄芯を構成するティースの外周部に形成され、
該ティースの巻線部は軸方向に方向を合わせた垂直形態に形成されている
ことを特徴とする、ロータ鉄芯構造。

【請求項2】

前記鉄芯は、鉄芯構成用の磁性板を複数枚積層することにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ鉄芯構造。

【請求項3】

前記磁性板は、円環状の基部上に外方に突設された複数のティース部からなり、
該ティース部は該基部から突出していて前記巻線部を形成する脚部と、該脚部の外方端にこれに略直交して形成されていて前記外周部を形成する端部とからなり、
該端部はその長手方向にずれをもって該脚部に設けられており、
該ずれＧの大きさは、該脚部の幅をＷ、該端部の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ
の範囲内である
ことを特徴とする、請求項２に記載のロータ鉄芯構造。

【請求項4】

請求項２に記載のロータ鉄芯構造を形成するための磁性板であって、
円環状の基部上に外方に突設された複数のティース部からなり、
該ティース部は該基部から突出している脚部と、該脚部の外方端にこれに略直交して形成されている端部とからなり、
該端部はその長手方向にずれをもって該脚部に設けられており、
該ずれＧの大きさは、該脚部の幅をＷ、該端部の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ
の範囲内であることを特徴とする、磁性板。

【請求項5】

請求項２に記載のロータ鉄芯構造を形成するための複数の磁性板からなる磁性板セットであって、各磁性板は、
円環状の基部上に外方に突設された複数のティース部からなり、
該ティース部は該基部から突出している脚部と、該脚部の外方端にこれに略直交して形成されている端部とからなり、
該端部はその長手方向にずれをもって該脚部に設けられており、
該ずれＧの大きさは、該脚部の幅をＷ、該端部の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ
の範囲内であることを特徴とする、磁性板セット。

【請求項6】

前記ずれＧの大きさが全て異なる複数の磁性板からなることを特徴とする、請求項５に記載の磁性板セット。

【請求項7】

前記ずれＧの大きさにより等差数列を形成できる複数の磁性板からなることを特徴とする、請求項５に記載の磁性板セット。

【請求項8】

前記等差数列の公差ｄは、ティース数をｔ、磁性板枚数をｎとすると、
ｄ ＝ ３６０／（ｔ＊ｎ）
により角度（°）として規定されることを特徴とする、請求項７に記載の磁性板セット。

【請求項9】

請求項１、２、３のいずれかに記載のロータ鉄芯構造を有することを特徴とする、回転電機。

【請求項10】

請求項１、２、３のいずれかに記載のロータ鉄芯構造を有することを特徴とする、レゾルバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はロータ鉄芯構造、磁性板、磁性板セット、回転電機、およびレゾルバに係り、特に、モ－タの回転検出・回転制御に用いられるレゾルバなど回転電機におけるロータ鉄芯構造、製造技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図８は、従来のレゾルバにおいてスキュー構造を有するロータ積層鉄芯を形成するための磁性板の構成例を示す説明図である。図示するように磁性板８６は、円環状の基部８７上に複数のティース部８８が外方に突設されてなる。ティース部８８は、基部８７から突出していて巻線が施される脚部８８Ｆと、脚部８８Ｆに略直交する端部８８Ｔとからなる。従来のロータ積層鉄芯は、かかる磁性板８６が複数枚積層されて構成される。なお磁性板８６としては、電磁鋼板を好適に用いることができる。

【0003】

図９は、図８に示した磁性板を用いて形成されたスキュー構造を有するロータ積層鉄芯の構成を示す説明図である。図示するように従来のレゾルバにおけるロータ積層鉄芯８２０では、性能向上のため、図８に示した同一仕様の各磁性板８６を一枚一枚等角度でずらして階段状に積層して斜溝構造とする、すなわちスキュー構造８１を形成する方式が採用されている。同一仕様の各磁性板８６の積層によるため、図９に示す通り、鉄芯８２０の外周部８３のみならず巻線部８４すなわちスロット内部の構造も、当然ながらスキュー構造８５となる。したがって、絶縁目的のプラスチックキャップは適用できないため、塗装処理による絶縁がなされている。

【0004】

なお、図１０は、スキュー構造ではない場合のロータ積層鉄芯におけるプラスチックキャップによる絶縁方法の説明図、また図１１は図１０に示す絶縁方法により形成されたロータを示す説明図である。これらに示すように、磁性板９６の積層により形成されるロータ鉄芯構造９２０が外周部９３にスキュー構造を有せず、ティース部９８の脚部９８Ｆが積層されてなる巻線部９４が軸方向に合わせたまっすぐな形状であれば、プラスチックキャップ９９ｕ、９９ｄをそれぞれ上下から被せることによって、絶縁処理とすることができる。

【0005】

レゾルバのスキュー構造については従来、特許出願等もなされている。たとえば後掲特許文献１には、スキュ－効果が高く、かつ組み立て容易なスキュ－方法として、レゾルバの磁性板において、複数のキ－溝が下式の角度θの間隔で各磁極に対応して設けられ、各磁性板を積層する際にキ－溝をずらしながら積み重ねることで所定のスキュ－角度Ｓを得るように構成するという技術が開示されている。
θ＝（３６０°／Ｋ）±（Ｓ／Ｋ）
Ｓ＝Ｐ／Ｎ
（Ｋ：キ－溝数、Ｓ：スキュ－角度、Ｐ：磁極ピッチ、Ｎ：歪みの原因となる高調波次数に対応して設定される整数）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平５－３１２５９０号公報「磁気レゾルバ－のスキュ－方法」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

さて、図８、９により説明した通り、従来は、磁性板の積層によるロータ鉄芯構造において性能向上のためのスキュー構造を備える構成とする場合、スロット内部までもがスキュー構造となってしまうため、絶縁目的のプラスチックキャップを適用することができず、手間がかかりコストの高い絶縁コーティング塗装処理を選択せざるを得ない。スキュー構造を有する積層鉄芯であってもプラスチックキャップを使用可能であり、塗装処理の不要化に資する技術が求められている。これは、レゾルバのみならず広く回転電機全般にも敷衍されることである。

【0008】

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点を踏まえ、レゾルバその他の回転電機において、スキュー構造を有する積層鉄芯であってもプラスチックキャップを使用可能であり、塗装処理の不要化に資する技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願発明者は上記課題について検討した結果、ロータ鉄芯構造に関して、外周面にはスキュー構造を確保しつつスロット内部にはストレートな構造を構築するための磁性板の構成方式に想到した。つまり、下から積み上げる磁性板ごとにティース部の端部＝外周部は任意の角度でずれてスキュー構造を形成するが、スロット内部の方は、絶縁用のキャップを適用可能なようにストレートな形態が保持される、というものである。そして、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

【0010】

〔１〕 軸方向に対して角度を有する構造であるスキュー構造を有する回転電機のロータ鉄芯構造であって、
前記スキュー構造は、鉄芯を構成するティースの外周部に形成され、
該ティースの巻線部は軸方向に方向を合わせた垂直形態に形成されている
ことを特徴とする、ロータ鉄芯構造。
〔２〕 前記鉄芯は、鉄芯構成用の磁性板を複数枚積層することにより形成されていることを特徴とする、〔１〕に記載のロータ鉄芯構造。
〔３〕 前記磁性板は、円環状の基部上に外方に突設された複数のティース部からなり、
該ティース部は該基部から突出していて前記巻線部を形成する脚部と、該脚部の外方端にこれに略直交して形成されていて前記外周部を形成する端部とからなり、
該端部はその長手方向にずれをもって該脚部に設けられており、
該ずれＧの大きさは、該脚部の幅をＷ、該端部の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ
の範囲内である
ことを特徴とする、〔２〕に記載のロータ鉄芯構造。

【0011】

〔４〕 〔２〕に記載のロータ鉄芯構造を形成するための磁性板であって、
円環状の基部上に外方に突設された複数のティース部からなり、
該ティース部は該基部から突出している脚部と、該脚部の外方端にこれに略直交して形成されている端部とからなり、
該端部はその長手方向にずれをもって該脚部に設けられており、
該ずれＧの大きさは、該脚部の幅をＷ、該端部の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ
の範囲内であることを特徴とする、磁性板。
〔５〕 〔２〕に記載のロータ鉄芯構造を形成するための複数の磁性板からなる磁性板セットであって、各磁性板は、
円環状の基部上に外方に突設された複数のティース部からなり、
該ティース部は該基部から突出している脚部と、該脚部の外方端にこれに略直交して形成されている端部とからなり、
該端部はその長手方向にずれをもって該脚部に設けられており、
該ずれＧの大きさは、該脚部の幅をＷ、該端部の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ
の範囲内であることを特徴とする、磁性板セット。
〔６〕 前記ずれＧの大きさが全て異なる複数の磁性板からなることを特徴とする、〔５〕に記載の磁性板セット。

【0012】

〔７〕 前記ずれＧの大きさにより等差数列を形成できる複数の磁性板からなることを特徴とする、〔５〕に記載の磁性板セット。
〔８〕 前記等差数列の公差ｄは、ティース数をｔ、磁性板枚数をｎとすると、
ｄ ＝ ３６０／（ｔ＊ｎ）
により角度（°）として規定されることを特徴とする、〔７〕に記載の磁性板セット。
〔９〕 〔１〕、〔２〕、〔３〕のいずれかに記載のロータ鉄芯構造を有することを特徴とする、回転電機。
〔１０〕 〔１〕、〔２〕、〔３〕のいずれかに記載のロータ鉄芯構造を有することを特徴とする、レゾルバ。
すなわち本発明を一言で表すと、ロータ積層鉄芯の外周のスキュー構造を確保しながらスロット内部のみストレート構造を構築するという発明である。

【発明の効果】

【0013】

本発明のロータ鉄芯構造、鉄芯用板、鉄芯用板セット、回転電機、およびレゾルバは上述のように構成されるため、これらによれば、スキュー構造を有する積層鉄芯であっても絶縁用のプラスチックキャップを使用可能であり、手間がかかり高コストである絶縁コーティング塗装処理の不要化に資することができ、しかも絶縁用のキャップはワンタッチで取り付けが可能なため、工数もかからず、製造コストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明ロータ鉄芯構造の要部構成を示す平面視の説明図である。

【図2】図１に示す本発明ロータ鉄芯構造の要部構成をティース外周部側およびその反対側から示す説明図である。

【図3】図１、２に示す本ロータ鉄芯構造１０によるロータ鉄芯の側面視半断面図であり、中心線から左は側面図、右は断面図を示す。

【図4】本発明ロータ鉄芯構造を積層により形成する場合の積層用磁性板の基本構成を示す説明図である。

【図4-2】図４に示す基本構成を有する本発明磁性板の仕様的な特徴を示す説明図である。

【図5】本発明に係る磁性板におけるずれの例を示す説明図である。

【図6】本発明に係るロータ鉄芯への絶縁用のキャップ取り付け方法を示す説明図である。

【図7】本発明に係るロータ鉄芯に図６に示す方法で絶縁用のキャップを取り付けて完成したロータの構造を示す説明図である。

【図8】従来のレゾルバにおいてスキュー構造を有するロータ積層鉄芯を形成するための磁性板の構成例を示す説明図である。

【図9】図８に示した磁性板を用いて形成されたスキュー構造を有するロータ積層鉄芯の構成を示す説明図である。

【図10】スキュー構造ではない場合のロータ積層鉄芯におけるプラスチックキャップによる絶縁方法の説明図である。

【図11】図１０に示す絶縁方法により形成されたロータを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明ロータ鉄芯構造の要部構成を示す平面視の説明図である。また図２は、図１に示す本発明ロータ鉄芯構造の要部構成をティース外周部側およびその反対側（裏側）から示す説明図である。図２中、（Ｆ）は外周部側から、（Ｒ）は裏側からの図である。これらに図示するように本ロータ鉄芯構造１０は、軸方向に対して角度を有する構造であるスキュー構造１を有する回転電機のロータ鉄芯構造であって、スキュー構造１は、鉄芯を構成するティース２の外周部３に形成され、ティース２の巻線部４は軸方向に方向を合わせた垂直形態５に形成されていることを、主たる構成とする。

【0016】

かかる構成により本ロータ鉄芯構造１０は、鉄芯を構成するティース２の外周部３には所望のスキュー構造１が形成されているが、一方、スロット内部となるティース２の巻線部４は、軸方向に方向を合わせた垂直形態５に形成されているため、これに対して軸方向から絶縁用のキャップを被せ、装着することが可能である。なお、図３は、図１、２に示す本ロータ鉄芯構造１０によるロータ鉄芯の側面視半断面図であり、中心線から左は側面図、右は断面図を示す。側面図がわには形成されているスキュー構造１、１、・・・が示されている。

【0017】

図４は、本発明ロータ鉄芯構造を積層により形成する場合の積層用磁性板の基本構成を示す説明図である。つまりロータ鉄芯構造は、鉄芯構成用の磁性板を複数枚積層することにより形成することができるが、図示するように本発明ロータ鉄芯構造を積層により形成する場合の磁性板６の構成も、基本的には前出図８に示した従来の磁性板８６と同様である。すなわち、磁性板６は円環状の基部７上に外方に突設された複数のティース部８からなり、ティース部８は基部７から突出していてティースの巻線部を形成する脚部８Ｆと、脚部８Ｆの外方端にこれに略直交して形成されていてティースの外周部を形成する端部８Ｔとからなり、磁性板６としては電磁鋼板を好適に用いることができる、という基本構成である。しかしながら従来技術とは大きな相違があることを、別図により説明する。

【0018】

図４－２は、図４に示す基本構成を有する本発明磁性板の仕様的な特徴を示す説明図である。積層鉄芯の形成に用いる本発明に係る磁性板は、従来技術とは異なり、その形態・使用が同一仕様ではない。図では、３枚の磁性板６、６ii、６iiiを示した。ここに示した通り磁性板６、６ii、６iiiは、ティース部８、８ii、８iiiを構成する脚部に対する端部の配置が一様ではない。磁性板６では、端部８Ｔは脚部８Ｆの遠心方向に対して右にずれた配置、磁性板６iiでは、端部８iiＴは脚部８iiＦの遠心方向に対してほぼ左右へのずれが無い配置、そして、磁性板６iiiでは、端部８iiiＴは脚部８iiiＦの遠心方向に対して左にずれた配置である。

【0019】

すなわち本発明に係る磁性板６、６ii、６iiiでは、それぞれのティース部８、８ii、８iiiにおける端部８Ｔ、８iiＴ、８iiiＴは、その長手方向にずれをもって脚部８Ｆ、８iiＦ、８iiiＦに設けられている構造である。なお、ずれをＧとすると、ずれＧの大きさは、脚部８Ｆ等の幅をＷ、端部８Ｔ等の長さをＬとしたときに、
０ ≦ Ｇ ＜ Ｗ＋Ｌ ・・・（式１）
の範囲内のものとして規定することができる。なお、上式１に示す通り、本発明では、Ｇ＝０ すなわちずれが無い場合もふくめて「ずれ（Ｇ）」とする。

【0020】

磁性板６等を、図では３枚のみ示したが、鉄芯を形成するのに必要な所定枚数の複数の磁性板が用いられ、それぞれのティース部８等の脚部８Ｆ等を上下間で揃えて積層させることによりティースが形成され、スロット内部となる巻線部は軸方向に方向を合わせた垂直形態に形成され、一方ティースの外周部は、ずれＧを考慮しつつ各磁性板６等を積層することによって、所望のスキュー構造を形成し得る。

【0021】

図５は、本発明に係る磁性板におけるずれの例を示す説明図である。（ａ）～（ｈ）として例示するように、本発明に係る磁性板６ａ、６ｂ、・・・、６ｈでは、それぞれのティース部８ａ、８ｂ、・・・、８ｈにおける端部８Ｔａ、８Ｔｂ、・・・、８Ｔｈは、その長手方向にずれをもって脚部８Ｆに設けられている構造である。そして、各磁性板６ａ、６ｂ、・・・、６ｈにおけるずれＧの大きさは、上式１にて示した範囲内のものとして規定されている。

【0022】

このように、上式１により規定されるずれＧをもって形成されている個々の磁性板６ａ、６ｂ等自体も本発明の範囲内である。また、ロータ鉄芯構造・ロータ鉄芯を形成するための、所定必要枚数の磁性板からなる磁性板セットも、本発明の範囲内である。

【0023】

本発明磁性板セットでは、各磁性板におけるずれＧの大きさを全て異なるものとすることができる。磁性板セットを構成する全磁性板の、脚部を揃えての積層が完成した際に顕れるティース外周部のスキュー構造形状をより適切な形状とするためである。

【0024】

具体的には、ずれＧの大きさが等差数列を形成するように設計することが望ましい。さらには、その等差数列の公差ｄが下式２により角度（°）として規定されるような等差数列とすることが最良の形態である。
ｄ ＝ ３６０／（ｔ＊ｎ） ・・・（式２）
ただし、ｔ：ティース数（ロータスロット数）、ｎ：磁性板枚数

【0025】

図６は、本発明に係るロータ鉄芯への絶縁用のキャップ取り付け方法を示す説明図であり、巻線部がわ（スロット内部がわ）からの図である。上述の通り本発明によれば、ティ―ス６２の外周部６３にのみスキュー構造６１が形成されるが、巻線部６４はスキューされた形状ではなく垂直形態６５となる。したがって巻線部６４には、絶縁用のキャップ（プラスチックキャップ）６９ｕ、６９ｄを、それぞれ上、下の方向から被せて取り付け、絶縁処理とすることができる。

【0026】

図７は、本発明に係るロータ鉄芯に図６に示す方法で絶縁用のキャップを取り付けて完成したロータの構造を示す説明図である。ロータ６３０の外周部にはスキュー構造６１、６１、・・・が形成され、また巻線部には絶縁用のキャップ６９ｕ、６９ｄが取付けられて絶縁状態が確保される。なお、かかるロータ、レゾルバを初めとしてかかるロータを備えた回転電機もまた、本発明の範囲内である。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明のロータ鉄芯構造、鉄芯用板、鉄芯用板セット、回転電機、およびレゾルバによれば、スキュー構造を有する積層鉄芯であっても絶縁用のプラスチックキャップを使用でき、製造コストを抑えることができる。したがって、レゾルバを初めとする回転電機の製造、使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。

【符号の説明】

【0028】

１、６１…スキュー構造
２、６２…ティース
３、６３…外周部
４、６４…巻線部
５、６５…垂直形態
６、６ii、６iii、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ…磁性板
７、７ii、７iii…基部
８、８ii、８iii、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ…ティース部
８Ｆ、８iiＦ、８iiiＦ…脚部
８Ｔ、８iiＴ、８iiiＴ、８Ｔａ、８Ｔｂ、８Ｔｃ、８Ｔｄ、８Ｔｅ、８Ｔｆ、８Ｔｇ、８Ｔｈ…端部
１０…ロータ鉄芯構造
２０、６２０…ロータ鉄芯
６９ｕ、６９ｄ…絶縁用のキャップ（プラスチックキャップ）
６３０…ロータ
８１…スキュー構造
８２…ティース
８３…外周部
８４…巻線部
８５…スロット内部のスキュー構造
８６…磁性板
８７…基部
８８…ティース部
８８Ｆ…脚部、８８Ｔ…端部
８２０…ロータ積層鉄芯
９２…ティース
９３…外周部
９４…巻線部
９６…磁性板
９８…ティース部
９８Ｆ…脚部、９８Ｔ…端部
９９ｕ、９９ｄ…絶縁用のキャップ（プラスチックキャップ）
９２０…ロータ鉄芯構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図4-2】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】