CN101029818A - 解角器结构的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种解角器结构的配置方法，包含步骤a.设定解角器定子磁极数(N_s)，须为相数(q)的整数倍(t)；步骤b.以推导公式求取转子磁极数(N_r)；及步骤c.当取得定子磁极数(N_s)与转子磁极数(N_r)后，据此二者相对槽齿配置，产生相位差的输出讯号；藉上述步骤，配置出解角器定子与转子的对应结构。

Description

解角器结构的配置方法

技术领域

本发明是关于解角器(RESOLVER)结构设计，尤指一种可应用于旋转马达的位置回馈系统，且透过推导公式采取特殊定、转子磁极数目的配置，以期达到可调解析度的解角器。

背景技术

按，旋转马达是由晶体管三相换流器经由脉宽调变在马达的定子造成一旋转磁场，它与转子永久磁铁所造成的磁场相互作用而产生旋转转矩。而电子换相器的目的即于使定子所造成的磁场方向与转子永久磁铁的磁场方向保持垂直，而产生最大的转矩，为了达到这个目的就需经由解角器的回授由电子换相器来达成。换言之，精密且准确的侦测转子磁极所在的位置并将位置讯号回授至驱动器，再经由驱动器下指令去触发定子线圈使定子线圈产生的磁场方向与转子永久磁铁产生的磁场方向垂直，以获得马达最大输出效益。

而如美国专利第6,137,204号所揭示，主要是以定子磁极间距采等间距分布配置，而定子与转子的相对配置有一定的规范，并为提高高分辨率时转子磁极数会增加而对应于定子的磁极数也随的增加；然而此种结构的配置方式，会产生下列几点缺失：

1.为提高高分辨率时转子磁极数会增加而对应于定子的磁极数也随之增加，此时将会造成绕线时入线不易。

2.此种结构从三相讯号转换成二相电路时，必需再经过额外复杂的换相电路才得以完成，并且亦仅能消除第三次以上的谐波(只能消除奇数次谐波，不含第一次基本波)。

3.透过揭示的配置公式，且需以等间距的方式配置，造成在实施时受到很大的限制，浪费太多制程工时，无法达到更佳的经济效益。

由上述产品可知，以往解角器的结构设计，实无法提高经济效益，因此针对以上缺陷，在求理想、实用与进步的今日，诚为一极待努力追求改善的目标。

有鉴于斯，本专利发明人乃经详思细索，并积多年从事解角器相关技术的经验，开发出一种创新结构，达到改善现有的弊端及符合经济效益等问题。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决上述问题而提供一种解角器结构的配置方法，期能绕线简易、组装便捷，并可达到提高分辨率的功效。

为达前述目的，本发明包括下列步骤：

a.设定解角器定子磁极数(N_s)，须为相数(q)的整数倍(t)；

b.以下述推导公式求取转子磁极数(N_r)，其中，n为转子极距数，k为定子磁极间的缓冲间距；

$N_s\×[\left(\frac{q+1}{q}\right)+(n\±\frac{k}{2})]=N_r$

c.当取得定子磁极数(N_s)与转子磁极数(N_r)后，据此二者相对槽齿配置，产生相位差的输出讯号；

藉上述步骤，配置出解角器定子与转子的对应结构。

采用本发明的有益效果在于：本发明是关于解角器(RESOLVER)结构设计，尤指一种可应用于旋转马达的位置回馈系统，且透过推导公式采取特殊定、转子磁极数目的配置，以期达到可调解析度的解角器。

本发明的上述及其它目的与优点，不难从下述所选用实施例的详细说明与附图中，获得更深入了解。

当然，本发明在某些另件上，或另件的安排上容许有所不同，但所选用的实施例，则于本说明书中，予以详细说明，并于附图中展示其构造。

附图说明

图1是本发明实施例转子的示意图。

图2是本发明实施例定子的示意图。

图3是本发明实施例转子与定子组合的示意图。

图4是本发明实施例定子绕线的示意图。

图5是本发明实施例定子线圈接线方式的示意图。

图6是本发明实施例A相位讯号输出波形示意图。

图7是本发明实施例B相位讯号输出波形示意图。

图8是本发明实施例C相位讯号输出波形示意图。

图9是本发明实施例D相位讯号输出波形示意图。

【主要组件符号说明】

转子1       定子2

定子磁极3   转子磁极4

线圈5       转子磁距(τ_p)

具体实施方式

请参阅图1至图9，图中所示为本发明所选用的实施例结构，此仅供说明之用，在专利申请上并不受此种结构的限制。

首先，如图1及图2所示，本发明以四相为例，分别在转子1及定子2结构上，先选定定子磁极数(N_s)须为相数(q)的整数倍(t)(其中t为任意自然)，藉由此关系式：N_s＝t×q；其中相数q＝4，t＝3时，定子磁极数则为：N_s＝3×4＝12；

再者，继续透过关系式来获得转子磁极数(N_r)：

当相数q＝4，转子极距数(单位pitch)n＝3，缓冲间距k＝1，

$N_s\×[\frac{(4+1)}{4}+(3\±\frac{1}{2})]=N_r\⇒N_s\×[\frac{(4+1)}{4}+(3+\frac{1}{2})]=N_r\⇒N_s\×\frac{19}{4}{N}_r$

$\⇒N_s=12$ 则N_r＝57

如上运算获得定、转子磁极数分别为N_s＝12、N_r＝57，并可依槽齿配置所示，请参阅图3所示，进而得以产生相位差为0°、90°、180°、270°(四相)的输出讯号；而其相位置的讯号产生处分别如下：

A相位置的讯号产生为在定子磁极3中心点位于二转子磁极4的

处。

B相位置的讯号产生为在定子磁极3中心点位于二转子磁极4的

处。

C相位置的讯号产生为在定子磁极3中心点位于二转子磁极4的

处。

D相位置的讯号产生为在定子磁极3中心点位于二转子磁极4的

处。

而当求得四相A、B、C、D的讯号产生处后，可藉绕线方式去获得输出的讯号波形，即，同一相的线圈5采串接方式，并且每相最后都串接一量测电阻R，由量测电阻R二端获得每相的输出讯号，如图6至图9所示，其各相输出的波形均非常平滑美化。

另本发明举出一些槽齿配置范例如下表所示：

转子极数	定子极数	相数	转子极距数(n)	缓冲间距(k)	转子极距(τp)	AB的跨距(角度)	BC的跨距(角度)	AC的跨距(角度)	360度的倍数
										15	4	4	1	3	24	54	126	180	2
30	8	4	1	3	12	27	63	90	4
										45	12	4	1	3	8	18	42	60	6
60	16	4	1	3	6	13.5	31.5	45	8
										75	20	4	1	3	4.8	10.8	25.2	36	10
90	24	4	1	3	4	9	21	30	12
										15	4	4	2	1	24	78	102	180	2
30	8	4	2	1	12	39	51	90	4
										45	12	4	2	1	8	26	34	60	6
60	16	4	2	1	6	19.5	25.5	45	8
										75	20	4	2	1	4.8	15.6	20.4	36	10
90	24	4	2	1	4	13	17	30	12
										25	4	4	3	4	14.4	61.2	118.8	180	2
50	8	4	3	4	7.2	30.6	59.4	90	4
										75	12	4	3	4	4.8	20.4	39.6	60	6
100	16	4	3	4	3.6	15.3	29.7	45	8
										25	4	4	4	2	14.4	75.6	104.4	180	2
50	8	4	4	2	7.2	37.8	52.2	90	4
										75	12	4	4	2	4.8	25.2	34.8	60	6
100	16	4	4	2	3.6	18.9	26.1	45	8

※上述图表可说明，当转子极距数越多则分辨率越大，再透过调整缓冲间距的增加将可继续提升分辨率大小。

※AC跨距＝AB跨距+BC跨距。

※假设AC跨距为定子磁极(每两个磁极A、B相为一单位)复制的角度，则定子极数为12极时，需复制6次即可布满整个圆周。

所以，该相位置讯号产生为在定子磁极中心位于转子极距之

处。

值得说明的是，此关系式 $N_s\×[\left(\frac{q+1}{q}\right)+(n\±\frac{k}{2})]N_{r,}$ 其中n为转子极距数，当转子磁极数固定时，n越大则定子磁极数越少，可容纳的匝数越多；n越小则定子磁极数越多，可容纳的匝数就越少，然而定子磁极数的多寡影响讯号的平滑度，匝数的多寡影响讯号的大小及振幅的落差程度，故需作适当的取舍才能取得最佳解。

另者，当定子磁极数固定时，该k为定子磁极间因跨距的不同所产生的缓冲间距，缓冲间距(k)越大隐含着定子磁极间所跨转子磁极数越多，造成转子磁极数分布于整个圆周增加，相对的分辨率就越高；缓冲间距(k)越小则定子磁极间所跨的转子磁极数越少，分辨率越小。

如此藉上述的配置方法透过此关系式将可自然配出非对称的不等间距结构，而假设将该转子磁极间的缓冲间距(k)去除，再依上述的方法步骤配置，亦可得一种等间距的结构，使得本发明的实施得以更多元化。

因此，综上说明可归纳本发明具备下列几项优点：

1.定子磁极间距采用非等间距方式配置，可让定子的磁极数目减少，进而令定子磁极间距变宽，绕线时如线就更容易，制作的成本则可大幅下降。

2.当转成二相电路时，则不需藉由换相电路，即可直接透过2个减法器来完成，亦可有效降低制作成本。

3.可消弭较低阶谐波，如第二次谐波，进而使输出讯号越佳，波形更加美化。

4.当提升分辨率时，转子磁极数增加，但定子磁极数无需因转子磁极数增加而相对增加，可简化结构，并具经济效益。

以上所述实施例的揭示是用以说明本发明，并非用以限制本发明，故举凡数值的变更或等效组件的置换仍应隶属本发明的范畴。

由以上详细说明，可使熟知本项技艺者明了本发明的确可达成前述目的，实已符合专利法的规定，爰提出发明专利申请。

Claims (4)

1.一种解角器结构的配置方法，其特征在于，包含下列步骤：

a.设定解角器定子磁极数(N_s)，须为相数(q)的整数倍(t)；

b.以下述推导公式求取转子磁极数(N_r)，其中，n为转子磁极间跨距数，k为定子磁极间的缓冲间距；

$N_s\×[\left(\frac{q+1}{q}\right)+(n\±\frac{k}{2})]=N_r$

c.当取得定子磁极数(N_s)与转子磁极数(N_r)后，据此二者相对槽齿配置，产生相位差的输出讯号；

藉上述步骤，配置出解角器定子与转子的对应结构。

2.根据权利要求1所述的解角器结构的配置方法，其特征在于，该整数倍(t)为一自然数。

3.根据权利要求1所述的解角器结构的配置方法，其特征在于，该相位置讯号产生为在定子磁极中心位于转子极距之 处。

4.根据权利要求1所述的解角器结构的配置方法，其特征在于，该配置步骤中，将缓冲间距(k)去除后，可得配置成一等间距的结构。

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