CN102948051A - 旋转检测器用定子的绕线方法及其构造以及具有旋转检测器的电动机 - Google Patents

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Abstract

根据分割比α将输出绕组的匝数N1(s)分割为匝数N1a(s)的输出绕组(1a)和匝数N1b(s)的输出绕组(1b)。构成为：针对所有槽在最下层连续缠绕输出绕组(1a)，针对所有槽在该输出绕组(1a)之上重叠地连续缠绕相位相差90度的输出绕组(2)，针对所有槽在该输出绕组(2)之上连续缠绕输出绕组(1b)。由此，能够使输出绕组和输出绕组(2)对交链磁通的贡献度均一化，能够提高检测角度的精度。

Description

旋转检测器用定子的绕线方法及其构造以及具有旋转检测器的电动机
技术领域
本发明涉及一种旋转检测器用定子的绕线方法及其构造以及具有旋转检测器的电动机。
背景技术
作为以往的旋转检测器用定子的绕线方法，存在专利文献1所记载的方法。图9示出了专利文献1所记载的定子的绕线方法的结构图。即，构成为以下结构：在由多个磁极形成的多个槽中缠绕有输出绕组101和相位与输出绕组101不同的输出绕组102。输出绕组101是每隔一个槽缠绕在槽中。在所有槽中缠绕输出绕组102，其中，在输出绕组101之上重叠地缠绕该输出绕组102。在最下层没有缠绕输出绕组101的剩下的槽中，在输出绕组102之上重叠地缠绕输出绕组101。即，构成为以下结构：若观察各槽的绕组截面，则相邻的槽中输出绕组101与输出绕组102的缠绕顺序是交替更换的。在图9中，以往的旋转检测器用定子具备定子芯103。
由此，能够将输出绕组101和输出绕组102配置成不对齐，能够降低由输出绕组101输出的输出信号A与由输出绕组102输出的输出信号B的偏差以提高旋转角度的检测精度。
然而，在专利文献1所记载的绕线方法中，由于如上那样构成，因此会产生下面的问题。
即，这种旋转检测器从原理上来说需要与旋转角度相应地改变输出信号的振幅值，因此需要使输出绕组的匝数相对于各槽以正弦波状变化。由此，输出绕组对交链磁通(鎖交磁束)的贡献度(寄与度)根据各槽而不同，因此在专利文献1所记载的绕线方法中，对于输出绕组对交链磁通的贡献度失衡的调整是有限的。
即，在输出绕组101与输出绕组102的匝数在各槽中固定的情况下，通过使输出绕组101与输出绕组102的缠绕顺序在相邻的槽中交替更换，输出绕组101和输出绕组102对交链磁通的贡献度为固定，输出信号的偏差降低。然而，在本发明中进行处理的旋转检测器如上所述那样需要使各槽的输出绕组的匝数构成为正弦波状，因此，由于各槽中匝数不同，所以只通过使输出绕组101与输出绕组102的缠绕顺序在相邻的槽中交替更换是难以使输出绕组对交链磁通的贡献度为固定。
专利文献1：日本专利第3681167号公报
发明内容
在本发明的旋转检测器用定子的绕线方法中，在定子芯上缠绕有第一输出绕组和第二输出绕组，其中，上述定子芯整体呈轮状，具备在周向上以固定的间隔配置有多个、并向内径侧或外径侧突出的磁极，上述第一输出绕组和上述第二输出绕组缠绕在由磁极形成的槽中，上述第二输出绕组相对于上述第一输出绕组相位相差90度。第一输出绕组的匝数N1(s)和第二输出绕组的匝数N2(s)相对于槽呈正弦波状分布。第一输出绕组的匝数N1(s)以分割比α分割为匝数N1a(s)和匝数N1b(s)。针对所有槽在最下层连续缠绕匝数N1a(s)的下层第一输出绕组，针对所有槽在下层第一输出绕组之上重叠地连续缠绕第二输出绕组。针对所有槽在第二输出绕组之上连续缠绕匝数N1b(s)的上层第一输出绕组。
另外，在本发明的旋转检测器用定子的绕组构造中，在定子芯上缠绕有第一输出绕组和第二输出绕组，其中，上述定子芯整体呈轮状，具备在周向上以固定的间隔配置有多个、并向内径侧或外径侧突出的磁极，上述第一输出绕组和上述第二输出绕组缠绕在由磁极形成的槽中，上述第二输出绕组相对于上述第一输出绕组相位相差90度。第一输出绕组的匝数N1(s)和第二输出绕组的匝数N2(s)相对于槽呈正弦波状分布。第一输出绕组的匝数N1(s)以分割比α分割为匝数N1a(s)和匝数N1b(s)。具有：针对所有槽在最下层连续缠绕的匝数N1a(s)的下层第一输出绕组；针对所有槽在下层第一输出绕组之上重叠地连续缠绕的第二输出绕组；以及针对所有槽在第二输出绕组之上连续缠绕的匝数N1b(s)的上层第一输出绕组。
另外，本发明的电动机具有使用了上述绕线方法的旋转检测器。
根据本发明，通过将第一输出绕组以任意的分割比α分割地进行缠绕，能够调整第一输出绕组和第二输出绕组对交链磁通的贡献度，降低输出信号A与输出信号B的偏差。因而，能够降低根据输出信号A和输出信号B生成的角度信号的偏差，能够提高检测角度的精度。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子的整体图。
图2是本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子的输出绕组的匝数分布图。
图3是本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法的结构图。
图4是本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子的输出绕组的绕组截面图。
图5是现有技术与本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器的角度精度的比较图。
图6是示出本发明的实施方式1所涉及的电动机的截面的构造图。
图7是本发明的实施方式2所涉及的旋转检测器用定子的输出绕组的绕组截面图。
图8是本发明的实施方式3所涉及的旋转检测器用定子的输出绕组的绕组截面图。
图9是以往的旋转检测器用定子的绕线方法的结构图。
具体实施方式
下面，示出优选实施方式来说明本发明的旋转检测器用定子的绕线方法。
(实施方式1)
图1表示本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子。如图1所示，本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子具备定子芯3、绕组(未图示)以及绝缘体(insulator)6。定子芯3整体呈轮状，具备在周向上以固定的间隔配置有多个、并向内径侧或外径侧突出的磁极4。绕组被缠绕在由磁极形成的槽5中。绝缘体6被设置成从轴向两端面覆盖定子芯3，以使定子芯3与绕组之间电绝缘。另外，在图1中省略了绕组，而绕组是由输出绕组1(第一输出绕组)和输出绕组2(第二输出绕组)构成的，其中，该输出绕组1与旋转角度相应地产生正弦波状的输出信号A，该输出绕组2产生相对于输出信号A相位偏离90度的正弦波状的输出信号B。输出绕组1和输出绕组2的匝数相对于各槽呈正弦波状分布，以产生输出信号A和输出信号B。图2中示出了输出绕组的匝数分布。但是，图2所示的匝数分布是一个例子，只要输出绕组1与输出绕组2的相位偏离90°即可。
图3表示本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法的结构图。如图3所示，输出绕组1的相对于各槽呈正弦波状分布的匝数N1(s)根据固定的分割比α进行分割，输出绕组1被分割为匝数N1a(s)的输出绕组1a(下层第一输出绕组)和匝数N1b(s)的输出绕组1b(上层第一输出绕组)。针对所有槽在最下层连续缠绕匝数N1a(s)的输出绕组1a，针对所有槽在该输出绕组1a之上重叠地连续缠绕输出绕组2。针对所有槽在输出绕组2之上重叠地连续缠绕匝数N1b(s)的输出绕组1b。另外，将输出绕组1a的绕线终点与输出绕组1b的绕线起点进行电连接。
图4是图1的4-4面的截面图。如图4所示，本发明的实施方式1所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法构成为：相对于定子芯3，输出绕组1位于输出绕组2的上层和下层，输出绕组1夹住输出绕组2。
由此，能够通过调整分割比α来调整输出绕组1和输出绕组2对交链磁通的贡献度以及绕组的阻抗。由此，能够通过降低输出信号1与输出信号2的偏差来提高旋转角度的检测精度。
接着，说明进行了用于确认本发明的实施方式1的效果的研究的结果。
将专利文献1所记载的现有技术的绕线方法的角度精度与本发明的实施方式1所涉及的绕线方法的角度精度进行比较。另外，关于各个绕线方法，设定子芯的槽数以及缠绕在各槽中的输出绕组1和输出绕组2的匝数相同。图5是现有技术的绕线方法的角度精度与本发明的绕线方法的角度精度的比较图。能够确认出：本发明的绕线方法相对于现有技术的绕线方法能够使角度精度误差降低14%。由此可知，利用本发明的实施方式1所涉及的绕线方法能够提高旋转检测器的角度精度。
并且，通过针对每个槽独立地调整分割比α，能够仅调整检测角度的误差大的槽对交链磁通的贡献度。由此，能够对一周的槽详细地调整对交链磁通的贡献度。其结果是，能够改善输出信号A与输出信号B的偏差，能够提高检测角度的精度。
图6是示出本发明的实施方式1所涉及的电动机的截面的构造图。本实施方式的电动机使用图1所示的旋转检测器用定子来作为定子。在本实施方式中，列举当作作为电气设备的FA(Factory Automation：工厂自动化)用伺服马达的电动机的一个例子来进行说明。另外，在本实施方式中，列举转子旋转自如地配置于定子的内周侧的内转子(inner rotor)型的电动机的例子来进行说明。
在图6中，在定子铁芯34上，隔着作为将定子铁芯34绝缘的树脂的绝缘体36卷绕有作为输出绕组的定子绕组35。而且，这种定子铁芯34与其它固定构件一起通过冷缩配合(焼きばめ)等固定于框架(frame)33。在本实施方式中，通过像这样通过冷缩配合等将这些构件进行固定，来构成外形大致呈四角形状的定子(马达)10。
在定子10的内侧隔着空隙插入有转子14。转子14具有包括转子铁芯31的圆板状的旋转体30以及以贯通旋转体30的中央的方式将旋转体30紧固的轴37。转子铁芯31与定子10的内周侧对置地在周向上保持有多个永磁体。在图6中，示出了将转子铁芯31与永磁体32粘接固定的结构例。这样，配置成定子10的内周侧与旋转体30的外周侧相对置。
在转子14的轴37上安装有支承轴37的两个轴承15。轴承15是具有多个铁球的圆筒形状的轴承，轴承15的内轮侧被固定于轴37。在图6中，在作为轴37从无刷马达主体突出的一侧的输出轴侧，轴承15a支承轴37，在其相反侧，轴承15b支承轴37。而且，输出轴侧的轴承15a的外轮侧被具有导电性的金属制的托架17a固定。另外，与输出轴侧相反侧的轴承15b的外轮侧被具有导电性的金属制的托架17b固定。通过如上的结构，轴37被两个轴承15支承，转子14旋转自如地进行旋转。
(实施方式2)
图7表示本发明的实施方式2所涉及的输出绕组的绕组截面图。如图7所示，在本发明的实施方式2所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法中，输出绕组11(第一输出绕组)的匝数N11(s)和输出绕组12(第二输出绕组)的匝数N12(s)分别相对于各槽呈正弦波状分布。匝数N11(s)根据分割比α进行分割，分割为匝数N11a(s)的输出绕组11a(下层第一输出绕组)和匝数N11b(s)的输出绕组11b(上层第一输出绕组)，且匝数N11a(s)比匝数N11b(s)多。并且，在各槽中，针对所有槽在最下层连续缠绕匝数N11a(s)的输出绕组11a。针对所有槽在绕组11a之上重叠地连续缠绕输出绕组12。针对所有槽在输出绕组12之上重叠地连续缠绕匝数N11b(s)的输出绕组11b。另外，将输出绕组11a的绕线终点与输出绕组11b的绕线起点进行电连接。本实施方式的旋转检测器用定子还具备定子芯13和绝缘体16。
由此，在输出绕组12对交链磁通的贡献度比输出绕组11大的情况下，能够通过在第一层缠绕较多输出绕组11来降低输出绕组11a对交链磁通的贡献度，从而使输出绕组11和输出绕组12对交链磁通的贡献度均一化。由此，能够通过降低输出信号A与输出信号B的偏差来提高旋转角度的检测精度。
(实施方式3)
图8表示本发明的实施方式3所涉及的输出绕组的绕组截面图。如图8所示，在本发明的实施方式3所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法中，输出绕组21(第一输出绕组)的匝数N21(s)和输出绕组22(第二输出绕组)的匝数N22(s)分别相对于各槽呈正弦波状分布。匝数N21(s)根据分割比α进行分割，分割为匝数N21a(s)的输出绕组21a(下层第一输出绕组)和匝数N21b(s)的输出绕组21b(上层第一输出绕组)，且匝数N21a(s)比匝数N21b(s)少。并且，在各槽中，针对所有槽在最下层连续缠绕匝数N21a(s)的输出绕组21a。针对所有槽在输出绕组21a之上重叠地连续缠绕输出绕组22。针对所有槽在输出绕组22之上重叠地连续缠绕匝数N21b(s)的输出绕组21b。另外，将输出绕组21a的绕线终点与输出绕组21b的绕线起点进行电连接。本实施方式的旋转检测器用定子还具备定子芯23和绝缘体26。
由此，在输出绕组21对交链磁通的贡献度比输出绕组22大的情况下，能够通过在第三层缠绕较多输出绕组21来降低输出绕组21a对交链磁通的贡献度，从而使输出绕组21和输出绕组22对交链磁通的贡献度均一化。由此，能够通过降低输出信号A与输出信号B的偏差来提高旋转角度的检测精度。
上述的实施方式1、2、3不过是例示，本发明并不限定于它们，能够适当地变更。
例如，实施方式1、2、3的旋转检测器用定子是将多个定子齿(凸极)设置于定子芯的内周面侧的内转子型，但是本发明的旋转检测器用定子并不限定于此，也可以是将多个定子齿设置于定子芯的外周面侧的外转子(outer rotor)型。
另外，设置于定子芯的定子齿的数并不限定于实施方式1、2、3所示的12个，既可以比其多也可以比其少。
并且，实施方式1、2、3的旋转检测器用定子仅缠绕了输出绕组，但是也可以在输出绕组的下层缠绕产生励磁信号的励磁绕组。
如以上所说明的那样，在本发明所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法中，在定子芯上缠绕输出绕组1和输出绕组2，其中，上述定子芯整体呈轮状，具备在周向上以固定的间隔配置有多个、并向内径侧或外径侧突出的磁极，上述输出绕组1和输出绕组2缠绕在由磁极形成的槽中，上述输出绕组2相对于上述输出绕组1相位相差90度。输出绕组1的匝数N1(s)和输出绕组2的匝数N2(s)分别相对于槽呈正弦波状分布。输出绕组1的匝数N1(s)以分割比α分割为匝数N1a(s)和匝数N1b(s)。在各槽中，相邻的槽之间连续地在最下层缠绕匝数N1a(s)的输出绕组1a。相邻的槽之间连续地在输出绕组1a之上重叠地缠绕输出绕组2。相邻的槽之间连续地在输出绕组2之上重叠地缠绕匝数N1b(s)的输出绕组1b。
由此，能够通过调整分割比α来调整在磁极内流动的磁通与输出绕组1及输出绕组2的距离，从而能够调整输出绕组1和输出绕组2对交链磁通的贡献度。因此，能够对整周的槽使输出绕组1和输出绕组2对交链磁通的贡献度均一化，从而能够降低由输出绕组1产生的输出信号A与由输出绕组2产生的输出信号B的偏差。由此，能够提高检测角度的精度。
另外，在本发明所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法中，优选的是分割比α按每个槽而不同。
在本发明所涉及的旋转检测器中，从检测原理来说，根据芯的加工精度和组装精度、绕组偏差而检测精度相对于旋转角产生偏差。因此，通过针对每个槽变更分割比，能够详细地调整输出绕组1和输出绕组2对交链磁通的贡献度。由此，能够降低输出信号A与输出信号B的偏差，能够提高检测角度的精度。
另外，在本发明所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法中，优选的是以使匝数N1a(s)比匝数N1b(s)多的方式来缠绕输出绕组1。
在输出绕组1对交链磁通的贡献度比输出绕组2对交链磁通的贡献度小的情况下，以使匝数N1a(s)比匝数N1b(s)多的方式缠绕输出绕组1，由此能够在接近齿的位置缠绕较多输出绕组1。由此，相对于输出绕组2的贡献度，输出绕组1对交链磁通的贡献度相对变大，从而能够调整其与输出绕组2对交链磁通的贡献度之间的平衡。因此，能够降低输出信号A与输出信号B的偏差，能够提高检测角度的精度。
另外，在本发明所涉及的旋转检测器用定子的绕线方法中，优选的是以使匝数N1a(s)比匝数N1b(s)少的方式来缠绕输出绕组1。
在输出绕组1对交链磁通的贡献度比输出绕组2对交链磁通的贡献度大的情况下，以使匝数N1a(s)比匝数N1b(s)少的方式缠绕输出绕组1，由此能够在远离齿的位置缠绕较多输出绕组1。由此，相对于输出绕组2的贡献度，输出绕组1对交链磁通的贡献度相对变小，从而能够调整其与输出绕组2对交链磁通的贡献度之间的平衡。因此，能够降低输出信号A与输出信号B的偏差，能够提高检测角度的精度。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种降低了输出信号的偏差的旋转检测器用定子。因而，能够将本发明的旋转检测器用定子例如作为旋转检测器而装载于各种电气设备。例如，能够将本发明的旋转检测器用定子用作检测马达的旋转轴的旋转角度的旋转变压器(resolver)。
附图标记说明
1、11、21、101：第一输出绕组；2、12、22、102：第二输出绕组；1a、11a、21a：下层第一绕组；1b、11b、21b：上层第一绕组；3、13、23、103：定子芯；4：磁极(定子齿(statorteeth))；5：槽；6、16、26、36：绝缘体；10：定子(马达)；14：转子(马达)；15、15a、15b：轴承；17、17a、17b：托架(bracket)；20：定子(旋转检测器)；24：转子(旋转检测器)；30：旋转体；31：转子铁芯；32：磁体；33：框架；34：定子铁芯；35：定子绕组；37：轴。

Claims (6)

1.一种旋转检测器用定子的绕线方法，在该旋转检测器用定子中，在定子芯上缠绕有第一输出绕组和第二输出绕组，其中，上述定子芯整体呈轮状，具备在周向上以固定的间隔配置有多个、并向内径侧或外径侧突出的磁极，上述第一输出绕组和上述第二输出绕组缠绕在由上述磁极形成的槽中，上述第二输出绕组相对于上述第一输出绕组相位相差90度，该方法的特征在于，
上述第一输出绕组的匝数N1(s)和上述第二输出绕组的匝数N2(s)相对于上述槽呈正弦波状分布，
上述第一输出绕组的上述匝数N1(s)以分割比α分割为匝数N1a(s)和匝数N1b(s)，
针对所有上述槽在最下层连续缠绕上述匝数N1a(s)的下层第一输出绕组，针对所有上述槽在上述下层第一输出绕组之上重叠地连续缠绕上述第二输出绕组，针对所有上述槽在上述第二输出绕组之上连续缠绕上述匝数N1b(s)的上层第一输出绕组。
2.根据权利要求1所述的旋转检测器用定子的绕线方法，其特征在于，
上述分割比α按每个上述槽而不同。
3.根据权利要求2所述的旋转检测器用定子的绕线方法，其特征在于，
以使上述匝数N1a(s)比上述匝数N1b(s)多的方式根据上述分割比α对上述第一输出绕组进行分割。
4.根据权利要求2所述的旋转检测器用定子的绕线方法，其特征在于，
以使上述匝数N1a(s)比上述匝数N1b(s)少的方式根据上述分割比α对上述第一输出绕组进行分割。
5.一种旋转检测器用定子的绕组构造，在该旋转检测器用定子中，在定子芯上缠绕有第一输出绕组和第二输出绕组，其中，上述定子芯整体呈轮状，具备在周向上以固定的间隔配置有多个、并向内径侧或外径侧突出的磁极，上述第一输出绕组和上述第二输出绕组缠绕在由上述磁极形成的槽中，上述第二输出绕组相对于上述第一输出绕组相位相差90度，该构造的特征在于，
上述第一输出绕组的匝数N1(s)和上述第二输出绕组的匝数N2(s)相对于上述槽呈正弦波状分布，
上述第一输出绕组的上述匝数N1(s)以分割比α分割为匝数N1a(s)和匝数N1b(s)，
该构造具有：
针对所有上述槽在最下层连续缠绕的上述匝数N1a(s)的下层第一输出绕组；
针对所有上述槽在上述下层第一输出绕组之上重叠地连续缠绕的上述第二输出绕组；以及
针对所有上述槽在上述第二输出绕组之上连续缠绕的上述匝数N1b(s)的上层第一输出绕组。
6.一种电动机，具有使用了根据权利要求1~4中的任一项所述的绕线方法的旋转检测器。
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