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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Resolver mit variabler Reluktanz.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Herkömmlich ist ein Drehwinkelsensor bekannt, der einen Drehwinkel eines Drehkörpers detektiert. Der Drehwinkelsensor weist eine breite Palette von Anwendungen auf und wird zum Beispiel für einen Raddrehzahlsensor, einen Lenkwinkelsensor eines Lenkrads und dergleichen in einem Automobilservosystem verwendet. Der Drehwinkelsensor wird zum Beispiel auch für Drehantriebseinheiten eines Roboters, Beförderungsausrüstung und dergleichen, Schalttische einer automatischen Montagemaschine, eine Messmaschine und dergleichen und Bearbeitungsindexe eines NC-Bearbeitungswerkzeugs, eine Spezialmaschine und dergleichen verwendet. Es ist erforderlich, dass der Drehwinkelsensor, der in harten Umgebungen verwendet wird, eine hohe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse aufweist. Zum Beispiel sind ein optischer Codierer und ein magnetischer Codierer, die bislang herkömmlich für den Drehwinkelsensor verwendet wurden, empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und elektromagnetische Felder und weisen eine geringe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse auf. Resolver werden als der Drehwinkelsensor erwähnt, der eine hohe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse realisiert. Ein Resolver mit variabler Reluktanz (nachfolgend als ein „VR-Resolver“ bezeichnet) ist als einer der Resolver bekannt.
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Der VR-Resolver gibt Spannungen gemäß dem Drehwinkel aus und verwendet dabei Änderungen beim magnetischen Widerstand (Reluktanz) mit der Drehung eines Resolver-Rotors. In einem herkömmlichen VR-Resolver sind eine Erregerspule und zwei Ausgangsspulen um jeden Zahn eines ringförmigen Resolver-Stators gewickelt. Innerhalb des Resolver-Stators ist der Resolver-Rotor angeordnet. Der Resolver-Rotor weist einen unterschiedlichen Abstand (Magnetspalt) von jedem Zahn in der Umfangsrichtung auf. Die Erregerspule erzeugt ein Magnetfeld durch das Fließen eines Stroms und bildet eine Magnetbahn zwischen der Erregerspule und dem benachbarten Resolver-Rotor. Die Stärke des Magnetfelds ändert sich mit der Drehung des Resolver-Rotors. Die Ausgangsspulen geben Spannungen basierend auf der Stärke des Magnetfelds aus.
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Wenn der Resolver-Rotor sich dreht, ändert sich der magnetische Widerstand in der Magnetbahn und die Spannungen, die von den zwei Ausgangsspulen ausgegeben werden, ändern sich sinuswellenartig oder cosinuswellenartig. Während einer Drehung des Resolver-Rotors geben die zwei Ausgangsspulen sinuswellenartige oder cosinuswellenartige Spannungen aus. Die von den zwei Ausgangsspulen ausgegebenen Spannungen werden zum Beispiel derart von einer externen Signalverarbeitungsschaltung signalverarbeitet, dass die Drehzahl, der Drehwinkel und dergleichen des Resolver-Rotors berechnet werden.
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Verschiedene Arten von VR-Resolvern werden unterschieden, indem sie als „nX“ bezeichnet werden, wo die Anzahl von Zyklen in den sinuswellenartigen oder cosinuswellenartigen Spannungen, die während einer Drehung des Resolver-Rotors ausgegeben werden, als ein Multiplikationsfaktor n des Winkels bezeichnet werden. Zum Beispiel wird ein VR-Resolver, der die sinuswellenartigen oder cosinuswellenartigen Spannungen während einer Drehung des Resolver-Rotors mit zwei Zyklen ausgibt, als „2X“ bezeichnet. Der Multiplikationsfaktor n des Winkels wird von der Form des Resolver-Rotors bestimmt. Nachfolgend wird die Anzahl der Schlitze (Anzahl der Zähne) des Resolver-Stators als N bezeichnet.
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Die japanische Patent-Auslegeschrift Nr.
2013-217852 (Patentliteratur 1) offenbart ein Beispiel für einen solchen VR-Resolver. Die japanische Patent-Auslegeschrift Nr.
2018-78755 (Patentliteratur 2) offenbart Beispiele für verschiedene Arten von VR-Resolvern, die jeweils zwei Zähne umfassen, um die die Erregerspule und die zwei Ausgangsspulen nicht gewickelt sind.
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Wenn der Resolver nahe am Motor angeordnet ist, beeinträchtigt das Magnetfeld, das von einem Magneten eines Motorrotors erzeugt wird, den Resolver-Rotor, wodurch die folgenden Probleme verursacht werden.
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Wie in 6 veranschaulicht, ist ein Magnet 120, der abwechselnd N-Pole und S-Pole entlang der Umfangsrichtung erzeugt, in einem Motorrotor angeordnet. Wenn die Anzahl M der Magnetpole des Motorrotors eine Beziehung M = 2m (m: gerade Zahl) erfüllt, sind die Magnetpole in dem Motorrotor in Punktsymmetrie in Bezug auf einen axialen Kern einer Motorwelle angeordnet. Kurzum, die N-Pole oder die S-Pole sind in Punktsymmetrie an einer beliebigen Position in der Umfangsrichtung des Motorrotors angeordnet.
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Wie in 7 veranschaulicht, ist die Form eines Resolver-Rotors 121 punktsymmetrisch in Bezug auf den axialen Kern der Motorwelle und die Anordnung der Wicklungsrichtungen einer Erregerspule 126 ist auch punktsymmetrisch in Bezug auf den axialen Kern der Motorwelle. Ein Kreisbuchstabe R und ein Kreisbuchstabe L geben Wicklungsrichtungen von Wicklungsteilen der um jeden Zahn 124 gewickelten Erregerspule 126 an. Wenn zum Beispiel die Zähne 124 von außerhalb des Resolver-Rotors 121 betrachtet werden, ist die von dem Buchstaben R angegebene Wicklungsrichtung des Wicklungsteils eine Richtung im Uhrzeigersinn und die von dem Buchstaben L angegebene Wicklungsrichtung des Wicklungsteils ist eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn. Daher ist die Anordnung der Magnetpole, die von der Erregerspule 126 erzeugt werden, auch punktsymmetrisch in Bezug auf den axialen Kern der Motorwelle. Kurzum, die N-Pole oder die S-Pole werden in Punktsymmetrie an einer beliebigen Position in der Umfangsrichtung des Resolver-Rotors erzeugt.
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Das Magnetfeld, das von dem vorhergehend beschriebenen Motorrotor erzeugt wird, ist ein Magnetfeld, wo die Magnetpole einander entlang der Umfangsrichtung abwechseln und die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind. Wenn der Abstand vom Motorrotor zum Resolver-Rotor gering ist, werden die gleichen Magnetpole wie die Magnetpole, die von dem Magneten des Motorrotors erzeugt werden, in dem Resolver-Rotor erzeugt. Folglich sind im Resolver-Rotor die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie von dem Magneten des Motorrotors angeordnet.
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Wenn der Motorrotor und der Resolver, die vorhergehend beschrieben sind, nahe beieinander angeordnet sind, wird das von dem Motorrotor erzeugte Magnetfeld auf dem von der Erregerspule erzeugten Magnetfeld überlagert. Sowohl das Magnetfeld, das von dem Motorrotor erzeugt wird, als auch das Magnetfeld, das von der Erregerspule erzeugt wird, sind Magnetfelder, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind. Daher wird das Magnetfeld, das von der Erregerspule erzeugt wird, gleichförmig von dem Magnetfeld, das von dem Motorrotor erzeugt wird, verstärkt oder abgeschwächt. Folglich umfassen induzierte Spannungen, die in den Ausgangsspulen erzeugt werden, eine induzierte Spannung von dem Magnetfeld, das von dem Motorrotor erzeugt wird. Daher verursacht das Magnetfeld, das von dem Motorrotor erzeugt wird, einen elektrischen Fehler. Insbesondere erhöht sich die von dem Magnetfeld des Magneten des Motorrotors induzierte Spannung mit einer Erhöhung bei der Drehzahl des Motorrotors. Daher nimmt der elektrische Fehler mit der Erhöhung bei der Drehzahl des Motorrotors zu.
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Wie in 8 veranschaulicht, weist im in einer ersten Ausführungsform der Patentliteratur 2 beschriebenen VR-Resolver ein Resolver-Rotor 221 vier Vorsprünge auf, die radial von dem axialen Kern hervorstehen, was einem Multiplikationsfaktor des Winkels von 4 entspricht. Von acht Zahnpaaren, die aus sechzehn Zähnen 224 bestehen, ist ein Zahnpaar ein nicht verwendetes Zahnpaar 229, um das keine Erregerspule 226, keine erste Ausgangsspule 227 und keine zweite Ausgangsspule 228 gewickelt sind, und die anderen sieben Zahnpaare sind verwendete Zahnpaare 230, um die die Erregerspule 226 und die erste Ausgangsspule 227 oder die zweite Ausgangsspule 228 gewickelt sind. Gemäß dem in 8 veranschaulichten VR-Resolver kann das Auftreten des elektrischen Fehlers sogar dann verhindert werden, wenn das Magnetfeld des Motorrotors, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf dem von der Erregerspule 226 erzeugten Magnetfeld überlagert ist.
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Der Resolver detektiert den Drehwinkel des Drehkörpers unter Nutzung der Eigenschaft, dass der magnetische Widerstand sich gemäß der Rotorposition ändert. Daher wird angenommen, dass der magnetische Gesamtwiderstand der Erregerspule (d. h. die Gesamtimpedanz der Erregerspule) im Resolver konstant ist. Wenn indes ein Resolver, der den Multiplikationsfaktor n des Winkels von zwei aufweist, mit einem Verfahren ausgestaltet wird, das in Patentliteratur 2 beschrieben ist, verändert sich die Gesamtimpedanz der Erregerspule in Abhängigkeit von der Rotorposition. Daher verändert sich, obgleich der Strom, der durch die Erregerspule fließt, unabhängig von der Rotorposition konstant sein sollte, der Strom tatsächlich in Abhängigkeit von der Rotorposition. Daher verändern sich das Magnetfeld der Erregerspule und die Ausgangsspannungen des Resolvers auch in Abhängigkeit von der Rotorposition, was das Auftreten des elektrischen Fehlers zur Folge hat.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorhergehend beschriebenen Umstände gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Resolver bereitzustellen, der keinen elektrischen Fehler verursacht, sogar wenn ein Magnetfeld eines Motorrotors, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf einem Magnetfeld überlagert ist, das von einer Erregerspule erzeugt wird, in der Lage ist, eine Veränderung bei der Gesamtimpedanz der Erregerspule gemäß der Rotorposition zu vermindern und einen Multiplikationsfaktor des Winkels von zwei aufweist.
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(1) Ein Resolver mit variabler Reluktanz gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Motor bereitgestellt, in dem eine Anzahl M von Magnetpolen eines Motorrotors eine Beziehung M = 2m erfüllt, wobei m eine gerade Zahl ist, und einen Multiplikationsfaktor des Winkels von zwei aufweist. Der Resolver mit variabler Reluktanz umfasst: einen koaxial mit einer Motorwelle gelagerten Rotor; einen Stator, der sechzehn Zähne aufweist; und eine Erregerspule, eine erste Ausgangsspule und eine zweite Ausgangsspule, die selektiv um die sechzehn Zähne gewickelt sind. Die sechzehn Zähne umfassen acht Zahnpaare. Jedes der Zahnpaare umfasst zwei Zähne in einer punktsymmetrischen Positionsbeziehung in Bezug auf einen axialen Kern des Rotors. Von den acht Zahnpaaren ist ein Zahnpaar ein nicht verwendetes Zahnpaar, um das die Erregerspule nicht gewickelt ist, und andere sieben Zahnpaare sind verwendete Zahnpaare, um die die Erregerspule null oder mehr Male gewickelt ist. Die Erregerspule ist so in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um die zwei Zähne gewickelt, die in dem verwendeten Zahnpaar umfasst sind, dass verschiedene Magnetpole erzeugt werden. Die Erregerspule ist in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um zwei Zähne gewickelt, die einander entlang einer Umfangsrichtung des axialen Kerns von den Zähnen, die in den verwendeten Zahnpaaren umfasst sind, benachbart sind. Eine Anzahl Wa von Wicklungen der Erregerspule, die um den Zahn gewickelt ist, der in dem verwendeten Zahnpaar in einer Positionsbeziehung von 90° in Bezug auf das nicht verwendete Zahnpaar umfasst ist, und eine Anzahl Wb von Wicklungen der Erregerspule, die um den Zahn gewickelt ist, der in dem verwendeten Zahnpaar in einer Positionsbeziehung, die sich von der Positionsbeziehung von 90° unterscheidet, in Bezug auf das nicht verwendete Zahnpaar umfasst ist, erfüllen eine Beziehung 0 ≤ Wa ≤ 0,5 Wb.
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Gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung erzeugt die Erregerspule unterschiedliche Magnetpole in Punktsymmetrie, da die Erregerspule in den Richtungen gewickelt ist, die einander um die zwei Zähne entgegengesetzt sind, die in dem verwendeten Zahnpaar umfasst sind, derart dass unterschiedliche Magnetpole erzeugt werden. Hier ist das Magnetfeld, das von einem Magneten des Motorrotors erzeugt wird, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf dem Magnetfeld überlagert, das von der Erregerspule erzeugt wird, und somit wird ein synthetisches Magnetfeld gebildet. Induzierte Spannungen werden in der ersten Ausgangsspule und der zweiten Ausgangsspule von dem synthetischen Magnetfeld erzeugt. In zwei Wicklungsteilen in der punktsymmetrischen Positionsbeziehung in der Erregerspule wird das synthetische Magnetfeld in einem Wicklungsteil verstärkt und das synthetische Magnetfeld wird im anderen Wicklungsteil abgeschwächt. Induzierte Spannungen werden von dem synthetischen Magnetfeld in dem einen Wicklungsteil verstärkt und von dem synthetischen Magnetfeld in dem anderen Wicklungsteil abgeschwächt. Folglich wird eine induzierte Spannung als ein Rauschen aufgehoben, das von dem Magnetfeld des Motorrotors erzeugt wird. Daher tritt, sogar wenn das Magnetfeld des Motorrotors, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf dem Magnetfeld überlagert ist, das von der Erregerspule erzeugt wird, kein elektrischer Fehler auf.
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Ferner können gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung, da das nicht verwendete Zahnpaar bereitgestellt ist, um das die Erregerspule nicht gewickelt ist, die Magnetpole von der Erregerspule abwechselnd entlang der Umfangsrichtung erzeugt werden, während die verwendeten Zahnpaare bereitgestellt sind, um die die Erregerspule in den einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist. Kurzum, wird ein Resolver mit Schlitzen mit der Anzahl von Zähnen von sechzehn ausgeführt.
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Ferner kann gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung, da die Anzahl Wa von Wicklungen und die Anzahl Wb von Wicklungen die Beziehung 0 ≤ Wa ≤ 0,5 Wb erfüllen, die Veränderung bei der Gesamtimpedanz der Erregerspule gemäß der Rotorposition vermindert werden. Daher können die Veränderung im Strom, der durch die Erregerspule fließt, im Magnetfeld der Erregerspule und in den Ausgangsspannungen des Resolvers gemäß der Rotorposition vermindert werden und somit kann verhindert werden, dass der elektrische Fehler auftritt.
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(2) Vorzugsweise sind von den sieben verwendeten Zahnpaaren fünf verwendete Zahnpaare erste verwendete Zahnpaare, um die die erste Ausgangsspule gewickelt ist, und andere zwei verwendete Zahnpaare sind zweite verwendete Zahnpaare, um die die zweite Ausgangsspule gewickelt ist. Die erste Ausgangsspule ist in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um die zwei Zähne gewickelt, die in dem ersten verwendeten Zahnpaar umfasst sind. Die zweite Ausgangsspule ist in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um die zwei Zähne gewickelt, die in dem zweiten verwendeten Zahnpaar umfasst sind.
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Gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung sind die erste Ausgangsspule und die zweite Ausgangsspule wirksam angeordnet, während das nicht verwendete Zahnpaar bereitgestellt ist, um das die Erregerspule nicht gewickelt ist.
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(3) Vorzugsweise ist der Rotor innerhalb des Stators angeordnet.
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(4) Vorzugsweise erfüllen die Anzahl Wa von Wicklungen und die Anzahl Wb von Wicklungen eine Beziehung 0 < Wa ≤ 0,5 Wb.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung tritt, sogar wenn das Magnetfeld des Motorrotors, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf dem Magnetfeld überlagert ist, das von der Erregerspule erzeugt wird, kein elektrischer Fehler auf. Ferner kann verhindert werden, dass sich die Gesamtimpedanz der Erregerspule gemäß der Rotorposition verändert, und das Auftreten des elektrischen Fehlers kann verhindert werden. Ferner kann verhindert werden, dass die Gesamtimpedanz der Erregerspule sich gemäß der Rotorposition verändert.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausgestaltung eines Motors 10 veranschaulicht, der mit einem Resolver 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
- 2 ist ein schematisches Diagramm eines Motorrotors 17 des Motors 10, der mit dem Resolver 100 gemäß der Ausführungsform versehen ist.
- 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausgestaltung des Resolvers 100 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
- 4 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetpole veranschaulicht, die von einer Erregerspule 26, einer ersten Ausgangsspule 27 und einer zweiten Ausgangsspule 28 in dem Resolver 100 gemäß der Ausführungsform gebildet werden.
- 5 ist ein Diagramm zum Erklären von Wirkungen des Resolvers 100 gemäß der Ausführungsform.
- 6 ist ein schematisches Diagramm eines Motorrotors eines Motors, der mit einem herkömmlichen Resolver versehen ist.
- 7 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetpole veranschaulicht, die von einer Erregerspule 126, einer ersten Ausgangsspule 127 und einer zweiten Ausgangsspule 128 in dem herkömmlichen Resolver gebildet werden.
- 8 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetpole veranschaulicht, die von einer Erregerspule 226, einer ersten Ausgangsspule 227 und einer zweiten Ausgangsspule 228 in einem in Patentliteratur 2 beschriebenen Resolver gebildet werden.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich ein Beispiel für die vorliegende Erfindung ist und die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie jeweils anwendbar geändert werden kann, sofern der Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung nicht verändert wird.
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[Motor 10]
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Wie in 1 veranschaulicht, ist ein Resolver 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Motor 10 bereitgestellt. Der Motor 10 ist ein bürstenloser Motor. Der Motor 10 ist zum Beispiel in einer elektrischen Servolenkung (Electric Power Steering - EPS) montiert. Der Motor 10 umfasst einen Motorkörper 11 und eine Steuereinheit 12. Der Motorkörper 11 und die Steuereinheit 12 sind elektrisch durch ein Stromkabel 14 und ein Sensorkabel 15 verbunden.
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Der Motorkörper 11 umfasst einen Motorstator 16, einen Motorrotor 17, eine Motorwelle 18, die an dem Motorrotor 17 befestigt ist, und ein Gehäuse 19. Die Motorwelle 18 ist mit dem Resolver 100 versehen. Der Motorrotor 17 ist innerhalb des Motorstators 16 angeordnet. Der Motor 10 ist ein Innenrotormotor. Der Motorkörper 11 und der Resolver 100 sind in dem Gehäuse 19 angeordnet.
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2 veranschaulicht den Motorrotor 17 des Motors 10. Der Motorrotor 17 umfasst einen achtpoligen Magneten 20, der an der Motorwelle 18 befestigt ist. Der Magnet 20 ist ein Permanentmagnet, in dem Magnetpartikel in einer zylindrischen Form gesintert sind. In dem Magneten 20 sind N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung gebildet. In dem Magneten 20 sind die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet.
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In dem Motor 10 erfüllt die Anzahl M von Magnetpolen des Motorrotors 17 eine Beziehung M = 2m, wo m eine gerade Zahl ist. Da der Motorrotor 17 den achtpoligen Magneten 20 umfasst, ist die Anzahl M von Magnetpolen des Motorrotors 17 gleich 8. Da die Anzahl M der Magnetpole gleich 8 ist, ist m gleich 4.
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[Resolver 100]
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Wie in 3 veranschaulicht, umfasst der Resolver 100 einen Resolver-Rotor 21 und einen Resolver-Stator 22. Der Resolver 100 ist ein sogenannter Resolver mit variabler Reluktanz. Der Resolver-Rotor 21 ist innerhalb des Resolver-Stators 22 angeordnet. Kurzum, der Resolver 100 ist ein Innenrotor-Resolver. Der Resolver-Rotor 21 ist koaxial zur Motorwelle 18 gelagert.
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Der Resolver-Rotor 21 ist durch Laminieren einer Vielzahl von nicht ausgerichteten elektrischen Stahlplatten und Befestigen der Platten durch Verstemmen oder dergleichen ausgestaltet. Der äußere Umfang des Resolver-Rotors 21 ist in einer Form gebildet, in der die Spaltpermeanz zwischen dem Resolver-Rotor 21 und dem Resolver-Stator 22 sich wie eine Sinuswelle in Bezug auf einen Winkel θ in der Drehrichtung des Resolver-Rotors 21 ändert. Der Resolver 100 ist ein 2X-Resolver. Der Multiplikationsfaktor n des Winkels des Resolvers 100 beträgt zwei. Daher ist der äußere Umfang des Resolver-Rotors 21 derart gebildet, dass die gleiche Form periodisch alle 180° (360°/2) wiederholt wird, was ein Winkel ist, der dem Multiplikationsfaktor des Winkels entspricht. Der Resolver-Rotor 21 weist zwei Vorsprünge auf, die von einem axialen Kern 13 radial hervorstehen, was dem Multiplikationsfaktor des Winkels von zwei entspricht.
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Wie in 3 veranschaulicht, umfasst der Resolver-Stator 22 ein Joch 23, sechzehn Zähne 24 und eine Spulengruppe 25. Das Joch 23 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Die sechzehn Zähne 24 stehen von der inneren umlaufenden Oberfläche des Jochs 23 hin zum axialen Kern 13 hervor und sind in gleichen Intervallen entlang der Umfangsrichtung des Jochs 23 angeordnet. Das Joch 23 und die sechzehn Zähne 24 sind durch Laminieren einer Vielzahl von nicht ausgerichteten elektrischen Stahlplatten und Befestigen der Platten durch Verstemmen oder dergleichen ausgestaltet.
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Die sechzehn Zähne 24 umfassen den ersten bis sechzehnten Zahn 24(1) bis 24(16), die entlang der Umfangsrichtung des Jochs 23 angeordnet sind. Ein i-ter Zahn 24(i) ist ein Zahn 24, der einer Ordnung i von dem ersten Zahn 24 (1) entspricht. Die Ordnung i ist eine Zahl von 1 bis 16. Wenn es nicht erforderlich ist, die Zähne 24 zu unterscheiden, die unterschiedliche Ordnungen aufweisen, werden die Zähne 24 als ein allgemeiner Begriff verwendet.
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Die sechzehn Zähne 24 umfassen acht Zahnpaare. Jedes Zahnpaar umfasst zwei Zähne 24 in einer punktsymmetrischen Positionsbeziehung in Bezug auf den axialen Kern 13 des Resolver-Rotors 21. Nachfolgend werden, wenn j eine Ganzzahl von 1 oder größer und 8 oder kleiner ist, ein Zahnpaar, das einen j-ten Zahn 24 (j) umfasst, und ein (j+8)-ter Zahn 24 (j+8) als ein „j-tes Zahnpaar“ bezeichnet. Zum Beispiel wird ein Zahnpaar, das den ersten Zahn 24(1) und den neunten Zahn 24(9) umfasst, als ein „erstes Zahnpaar“ bezeichnet.
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Die Spulengruppe 25 bezeichnet die Gesamtheit der Erregerspule 26, der ersten Ausgangsspule 27 und der zweiten Ausgangsspule 28, die in 4 veranschaulicht sind. Die Spulengruppe 25 ist selektiv um einige der sechzehn Zähne 24 gewickelt. Wenn eine vorbestimmte Spannung an die Erregerspule 26 angelegt wird, wird eine sinuswellenartige oder cosinuswellenartige Ausgangsspannung von jeder der ersten Ausgangsspule 27 und der zweiten Ausgangsspule 28 erhalten. Die erste Ausgangsspule 27 und die zweite Ausgangsspule 28 sind derart gewickelt, dass Phasen der Ausgangsspannungen sich voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten, wenn die sinuswellenartige Spannung von der ersten Ausgangsspule 27 ausgegeben wird, wird die cosinuswellenartige Spannung von der zweiten Ausgangsspule 28 ausgegeben und umgekehrt. Basierend auf den Ausgangsspannungen der ersten Ausgangsspule 27 und der zweiten Ausgangsspule 28 kann der Drehwinkel des Resolver-Rotors 21, d. h. der Drehwinkel der Motorwelle 18, detektiert werden.
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4 veranschaulicht die sechzehn Zähne 24, die Erregerspule 26, die erste Ausgangsspule 27 und die zweite Ausgangsspule 28. Die Erregerspule 26, die erste Ausgangsspule 27 und die zweite Ausgangsspule 28 weisen jeweils eine Vielzahl von Wicklungsteilen auf, die um die Zähne 24 gewickelt sind. In 4 geben ein Kreisbuchstabe R und ein Kreisbuchstabe L Wicklungsrichtungen des Wicklungsteils der Erregerspule 26 an, die um jeden Zahn 24 gewickelt ist. Wenn die Zähne 24 von außerhalb des Resolver-Rotors 21 betrachtet werden, ist die Wicklungsrichtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, eine Richtung und die Wicklungsrichtung, die von dem Buchstaben L angegeben wird, ist die andere Richtung. Die eine Richtung ist eine Richtung, die der anderen Richtung entgegengesetzt ist. Zum Beispiel ist die eine Richtung eine Richtung im Uhrzeigersinn und die andere Richtung ist eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn. In den Wicklungsteilen mit der gleichen Wicklungsrichtung werden die gleichen Magnetpole erzeugt. In den Wicklungsteilen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen werden unterschiedliche Magnetpole erzeugt.
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Da eine Wechselspannung an die Erregerspule 26 angelegt wird, werden Polaritäten der Magnetfelder, die von den Wicklungsteilen der Erregerspule 26 erzeugt werden, periodisch umgekehrt. Daher werden auch Polaritäten der Magnetfelder, die in den Wicklungsteilen der ersten Ausgangsspule 27 und der zweiten Ausgangsspule 28 durch gegenseitige Induktion erzeugt werden, periodisch umgekehrt. Zum Beispiel werden an einem gewissen Zeitpunkt N-Pol-Magnetfelder in den Wicklungsteilen in der einen Richtung erzeugt, die von dem Buchstaben R angegeben ist, und S-Pol-Magnetfelder werden in den Wicklungsteilen in der anderen Richtung erzeugt, die von dem Buchstaben L angegeben ist. An einem anderen Zeitpunkt werden die S-Pol-Magnetfelder in den Wicklungsteilen in der einen Richtung erzeugt, die von dem Buchstaben R angegeben ist, und die N-Pol-Magnetfelder werden in den Wicklungsteilen in der anderen Richtung erzeugt, die von dem Buchstaben L angegeben ist.
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Von den acht Zahnpaaren, die in dem Resolver-Stator 22 umfasst sind, ist ein Zahnpaar ein nicht verwendetes Zahnpaar 29 und sieben Zahnpaare sind verwendete Zahnpaare 30. Keine der Erregerspule 26, der ersten Ausgangsspule 27 und der zweiten Ausgangsspule 28 sind um den Zahn 24 gewickelt, der in dem nicht verwendeten Zahnpaar 29 umfasst ist. Die Erregerspule 26 ist null oder mehr Male um den Zahn 24 gewickelt, der in den verwendeten Zahnpaaren 30 umfasst ist. Die Tatsache, dass die Erregerspule 26 null Male gewickelt ist, bedeutet, dass die Erregerspule 26 nicht gewickelt ist, und die Tatsache, dass die Erregerspule 26 null oder mehr Male gewickelt ist, bedeutet, dass die Erregerspule 26 ein oder mehr Male gewickelt ist oder die Erregerspule 26 nicht gewickelt ist. Von den sieben verwendeten Zahnpaaren 30 sind fünf verwendete Zahnpaare 30 erste verwendete Zahnpaare 30A und die anderen zwei verwendeten Zahnpaare 30 sind zweite verwendete Zahnpaare 30B. Die erste Ausgangsspule 27 ist um den Zahn 24 gewickelt, der in dem ersten verwendeten Zahnpaar 30A umfasst ist. Die zweite Ausgangsspule 28 ist um den Zahn 24 gewickelt, der in dem zweiten verwendeten Zahnpaar 30B umfasst ist. Wenn es nicht erforderlich ist, das erste verwendete Zahnpaar 30A und das zweite verwendete Zahnpaar 30B zu unterscheiden, wird das verwendete Zahnpaar 30 als ein allgemeiner Begriff verwendet.
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Wie in 4 veranschaulicht, ist das fünfte Zahnpaar das nicht verwendete Zahnpaar 29 und die anderen sieben Zahnpaare sind die verwendeten Zahnpaare 30. Von den sieben verwendeten Zahnpaaren 30 sind fünf verwendete Zahnpaare 30 die ersten verwendeten Zahnpaare 30A und die anderen zwei verwendeten Zahnpaare 30 sind das zweite verwendete Zahnpaar 30B. Insbesondere sind von den sieben verwendeten Zahnpaaren 30, das erste Zahnpaar, das zweite Zahnpaar, das vierte Zahnpaar, das sechste Zahnpaar und das achte Zahnpaar die ersten verwendeten Zahnpaare 30A und das dritte Zahnpaar und das siebte Zahnpaar sind die zweiten verwendeten Zahnpaare 30B.
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Die Erregerspule 26 ist um jeden der vierzehn Zähne 24 gewickelt, die in den sieben verwendeten Zahnpaaren 30 umfasst sind. Die Erregerspule 26 ist in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den ersten Zahn 24 (1), den dritten Zahn 24 (3) , den sechsten Zahn 24 (6), den achten Zahn 24(8), den zehnten Zahn 24(10), den zwölften Zahn 24(12) und den fünfzehnten Zahn 24(15) gewickelt. Die eine Richtung ist zum Beispiel die Richtung im Uhrzeigersinn, wenn die Zähne 24 von außerhalb des Resolver-Rotors 21 betrachtet werden. Die Erregerspule 26 ist in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den zweiten Zahn 24(2), den vierten Zahn 24(4), den siebten Zahn 24(7), den neunten Zahn 24 (9), den elften Zahn 24 (11), den vierzehnten Zahn 24(14) und den sechzehnten Zahn 24 (16) gewickelt. Die andere Richtung ist zum Beispiel die Richtung im Gegenuhrzeigersinn, wenn die Zähne 24 von außerhalb des Resolver-Rotors 21 betrachtet werden.
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Die Erregerspule 26 ist in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um die zwei Zähne 24 gewickelt, die in dem verwendeten Zahnpaar 30 umfasst sind. Zum Beispiel ist in dem ersten Zahnpaar die Erregerspule 26 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den ersten Zahn 24 (1) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den neunten Zahn 24(9) gewickelt. In dem zweiten Zahnpaar ist die Erregerspule 26 in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den zweiten Zahn 24 (2) gewickelt und in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den zehnten Zahn 24(10) gewickelt.
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Die Erregerspule 26 ist in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um die zwei entlang der Umfangsrichtung benachbarten Zähne 24 des Resolver-Rotors 21 von den vierzehn Zähnen 24 gewickelt, die in den sieben verwendeten Zahnpaaren 30 umfasst sind. Zum Beispiel ist die Erregerspule 26 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den dritten Zahn 24 (3) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den vierten Zahn 24(4) gewickelt. Die Wicklungsrichtung in dem dritten Zahn 24 (3) ist der Wicklungsrichtung in dem vierten Zahn 24 (4) entgegengesetzt. Die Erregerspule 26 ist in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den sechsten Zahn 24 (6) gewickelt. Was den vierten Zahn 24 (4) und den sechsten Zahn 24 (6) betrifft, zwischen die das nicht verwendete Zahnpaar 29 eingeschoben ist, ist die Wicklungsrichtung in dem vierten Zahn 24(4) der Wicklungsrichtung in dem sechsten Zahn 24 (6) entgegengesetzt.
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Die erste Ausgangsspule 27 ist in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, um die zwei Zähne 24 gewickelt, die in dem ersten verwendeten Zahnpaar 30A umfasst sind. In dem ersten Zahnpaar ist die erste Ausgangsspule 27 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den ersten Zahn 24(1) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den neunten Zahn 24 (9) gewickelt. In dem zweiten Zahnpaar ist die erste Ausgangsspule 27 in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den zweiten Zahn 24 (2) gewickelt und in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den zehnten Zahn 24(10) gewickelt. In dem vierten Zahnpaar ist die erste Ausgangsspule 27 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den vierten Zahn 24(4) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den zwölften Zahn 24(12) gewickelt. In dem sechsten Zahnpaar ist die erste Ausgangsspule 27 in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den sechsten Zahn 24 (6) gewickelt und in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den vierzehnten Zahn 24(14) gewickelt. In dem achten Zahnpaar ist die erste Ausgangsspule 27 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den achten Zahn 24 (8) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den sechzehnten Zahn 24(16) gewickelt.
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Die zweite Ausgangsspule 28 ist in Richtungen gewickelt, die einander um die zwei Zähne 24, die in dem zweiten verwendeten Zahnpaar 30B umfasst sind, entgegengesetzt sind. In dem dritten Zahnpaar ist die zweite Ausgangsspule 28 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den dritten Zahn 24 (3) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den elften Zahn 24(11) gewickelt. In dem siebten Zahnpaar ist die zweite Ausgangsspule 28 in der einen Richtung, die von dem Buchstaben R angegeben ist, um den siebten Zahn 24(7) gewickelt und in der anderen Richtung, die von dem Buchstaben L angegeben ist, um den fünfzehnten Zahn 24(15) gewickelt.
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Von den sieben verwendeten Zahnpaaren 30 befindet sich das erste Zahnpaar in einer Positionsbeziehung von 90° in Bezug auf das fünfte Zahnpaar, das das nicht verwendete Zahnpaar 29 ist. Die Anzahl von Wicklungen der Erregerspule 26, die um den Zahn 24 gewickelt ist, der in dem verwendeten Zahnpaar 30 in der Positionsbeziehung von 90° in Bezug auf das nicht verwendete Zahnpaar 29 umfasst ist, wird als Wa bezeichnet.
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Von den sieben verwendeten Zahnpaaren 30 befinden sich das zweite Zahnpaar, das dritte Zahnpaar, das vierte Zahnpaar, das sechste Zahnpaar, das siebte Zahnpaar und das achte Zahnpaar in einer Positionsbeziehung, die sich von der Positionsbeziehung von 90° unterscheidet, in Bezug auf das fünfte Zahnpaar, das das nicht verwendete Zahnpaar 29 ist. Die Anzahl von Wicklungen der Erregerspule 26, die um den Zahn 24 gewickelt ist, der in dem verwendeten Zahnpaar 30 in der Positionsbeziehung, die sich von der Positionsbeziehung von 90° unterscheidet, in Bezug auf das nicht verwendete Zahnpaar 29, umfasst ist, wird als Wb bezeichnet.
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Der Resolver-Rotor 21 ist derart ausgestaltet, dass die Anzahl Wa von Wicklungen der Erregerspule 26, die um den Zahn 24 gewickelt ist, der in dem verwendeten Zahnpaar 30 in der Positionsbeziehung von 90° in Bezug auf das nicht verwendete Zahnpaar 29 umfasst ist, und die Anzahl Wb von Wicklungen der Erregerspule 26, die um den Zahn 24 gewickelt ist, der in dem verwendeten Zahnpaar 30 in der Positionsbeziehung, die sich von der Positionsbeziehung von 90° unterscheidet, in Bezug auf das nicht verwendete Zahnpaar 29 umfasst ist, eine Beziehung 0 ≤ Wa ≤ 0,5 Wb erfüllen.
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Das erste Zahnpaar umfasst zwei Zähne 24. Die Anzahlen Wa von Wicklungen der Erregerspule 26, die um diese zwei Zähne 24 gewickelt ist, sind gleich. Das zweite Zahnpaar, das dritte Zahnpaar, das vierte Zahnpaar, das sechste Zahnpaar, das siebte Zahnpaar und das achte Zahnpaar umfassen insgesamt zwölf Zähne 24. Die Anzahlen Wb von Wicklungen der Erregerspule 26, die um diese zwölf Zähne 24 gewickelt ist, können alle gleich sein oder einige der Anzahlen Wb von Wicklungen können unterschiedlich sein.
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Wirkungen des Resolvers 100 werden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 veranschaulicht Zustände, wo die Gesamtimpedanz der Erregerspule 26 sich gemäß der Rotorposition in den Fällen von Wa = Wb, Wa = 0,47 Wb und Wa = 0 ändert. Im Fall von Wa = Wb ist der Veränderungsbetrag der Gesamtimpedanz der Erregerspule 26 gemäß der Rotorposition groß. Im Gegensatz dazu ist in den Fällen Wa = 0,47 Wb und Wa = 0 der Veränderungsbetrag der Gesamtimpedanz der Erregerspule 26 gemäß der Rotorposition gering und es kann gesagt werden, dass die Gesamtimpedanz der Erregerspule 26 sich gemäß der Rotorposition kaum verändert.
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[Auswirkungen der Ausführungsform auf den Betrieb]
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Gemäß dem Resolver 100 der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform erzeugt die Erregerspule 26 unterschiedliche Magnetpole in Punktsymmetrie, da die Erregerspule 26 in den einander entgegengesetzten Richtungen um die zwei Zähne 24 gewickelt ist, die in dem verwendeten Zahnpaar 30 umfasst sind, um unterschiedliche Magnetpole zu erzeugen. Hier ist das Magnetfeld, das von dem Magneten 20 des Motorrotors 17 erzeugt wird, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf dem Magnetfeld überlagert, das von der Erregerspule 26 erzeugt wird, und somit wird ein synthetisches Magnetfeld gebildet. Induzierte Spannungen werden in der ersten Ausgangsspule 27 und der zweiten Ausgangsspule 28 von dem synthetischen Magnetfeld erzeugt. In den zwei Wicklungsteilen in der punktsymmetrischen Positionsbeziehung in der Erregerspule 26 wird das synthetische Magnetfeld in einem Wicklungsteil verstärkt und das synthetische Magnetfeld wird im anderen Wicklungsteil abgeschwächt. Die induzierten Spannungen werden von dem synthetischen Magnetfeld in dem einen Wicklungsteil verstärkt und von dem synthetischen Magnetfeld in dem anderen Wicklungsteil abgeschwächt. Folglich wird eine induzierte Spannung als ein Rauschen aufgehoben, das von dem Magnetfeld des Motorrotors 17 erzeugt wird. Daher tritt, sogar wenn das Magnetfeld des Motorrotors 17, wo die gleichen Magnetpole in Punktsymmetrie angeordnet sind, auf dem Magnetfeld überlagert ist, das von der Erregerspule 26 erzeugt wird, kein elektrischer Fehler auf.
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Ferner können, da das nicht verwendete Zahnpaar 29 bereitgestellt ist, um das die Erregerspule 26 nicht gewickelt ist, die Magnetpole von der Erregerspule 26 abwechselnd entlang der Umfangsrichtung erzeugt werden, während die verwendeten Zahnpaare 30 bereitgestellt sind, wo die Erregerspule 26 in den einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist. Kurzum, wird ein Resolver mit Schlitzen mit der Anzahl von Zähnen von sechzehn ausgeführt.
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Ferner kann, da die Anzahl Wa von Wicklungen und die Anzahl Wb von Wicklungen die Beziehung 0 ≤ Wa ≤ 0,5 Wb erfüllen, die Veränderung bei der Gesamtimpedanz der Erregerspule 26 gemäß der Rotorposition vermindert werden. Daher können, sogar wenn der Multiplikationsfaktor des Winkels zwei ist, die Veränderung im Strom, der durch die Erregerspule fließt, im Magnetfeld der Erregerspule und in den Ausgangsspannungen des Resolvers gemäß der Rotorposition vermindert werden und somit kann verhindert werden, dass der elektrische Fehler auftritt.
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Ferner sind die erste Ausgangsspule 27 und die zweite Ausgangsspule 28 wirksam angeordnet, während das nicht verwendete Zahnpaar 29 bereitgestellt ist, um das die Erregerspule 26 nicht gewickelt ist.
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[Abwandlungsbeispiel]
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Obgleich vorhergehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in jeder Hinsicht lediglich ein Beispiel für die vorliegende Erfindung. Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Verbesserungen oder Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Was die Bestandteile des Resolvers 100 gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform betrifft, so können die Bestandteile, wie jeweils gemäß den Ausführungsformen zutreffend, weggelassen, ersetzt oder hinzugefügt werden. Ferner können die Form und die Größe der Bestandteile des vorhergehend beschriebenen Resolvers 100 gemäß Ausführungsformen in geeigneter Weise eingestellt werden.
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Der Resolver gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Innenrotor-Resolver, wobei der Resolver-Rotor innerhalb des Resolver-Stators angeordnet ist. Der Resolver kann ein Resolver sein, wo der Resolver außerhalb des Resolver-Stators angeordnet ist. In diesem Fall kann ein mit dem Resolver versehener Motor auch ein Außenrotormotor sein.
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Der Resolver gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform ist derart ausgestaltet, dass die Anzahl Wa von Wicklungen und die Anzahl Wb von Wicklungen die Beziehung 0 ≤ Wa ≤ 0,5 Wb erfüllen. Ein Resolver gemäß einem Abwandlungsbeispiel kann derart ausgestaltet sein, dass die Anzahl Wa von Wicklungen und die Anzahl Wb von Wicklungen eine Beziehung 0 < Wa ≤ 0,5 Wb erfüllen.
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Bezugszeichenliste
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- 17
- Motorrotor
- 20
- Magnet
- 21
- Resolver-Rotor
- 22
- Resolver-Stator
- 24
- Zahn
- 26
- Erregerspule
- 27
- erste Ausgangsspule
- 28
- zweite Ausgangsspule
- 29
- nicht verwendetes Zahnpaar
- 30
- verwendetes Zahnpaar
- 30A
- erstes verwendetes Zahnpaar
- 30B
- zweites verwendetes Zahnpaar
- 100
- Resolver
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013217852 [0006]
- JP 201878755 [0006]