DE212015000326U1

DE212015000326U1 - Resolver

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Publication number: DE212015000326U1
Application number: DE212015000326.4U
Authority: DE
Original assignee: LS Automotive Technologies Co Ltd
Current assignee: LS Automotive Technologies Co Ltd
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: JP6976243B2; JP2018535635A; KR20170055249A; WO2017082464A1; KR101788814B1; US10634518B2; CN206401166U; US20180313668A1

Abstract

Resolver, umfassend einen Stator mit mindestens einer Erregerspule und mindestens einer Ausgangsspule und einen Rotor, der mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Stator mittig in dem Stator angeordnet ist, wobei der Rotor zur Veränderung eines Spaltleitwerts gegenüber dem Stator mittels einer Welle drehbar ist,wobei der Stator ein rückwärtiges Joch mit einem ringförmigen Körper und eine Vielzahl von an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochs ausgebildeten Zähnen umfasst, derart, dass die Erregerspule und die Ausgangsspule daraufgewickelt sind,wobei der Rotor einen ringförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung, in welche die Welle eingeführt ist, und eine Vielzahl von an einem Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildeten Schenkelpolen umfasst undwobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 1 erfüllendes Verhältnis aufweisen:wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen einem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. November 2015 in der Republik Korea eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0158190 , deren Offenbarung hiermit per Verweis einbezogen ist.
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Resolver und insbesondere einen Resolver zur Messung eines Drehwinkels und einer Drehzahl einer drehenden Vorrichtung, wie zum Beispiel eines Motors.
STAND DER TECHNIK
Gattungsgemäß ist ein Resolver eine Art von Sensor zum Messen eines Drehwinkels und einer Drehzahl einer drehenden Vorrichtung, wie z. B. eines Motors. Der Resolver findet heutzutage breite Verwendung auf zahlreichen technischen Gebieten, insbesondere bei Hochpräzisionsregelsystemen wie zum Beispiel einem elektrischen Servolenksystem, welches eine hochpräzise Messung und Regelung eines Drehwinkels und einer Drehzahl erfordert. Daher ist es notwendig, verschiedene die Messleistung des Resolvers beeinflussende Faktoren zu identifizieren und zu analysieren und diese Faktoren bei der Konstruktion des Resolvers zu berücksichtigen, um Messfehler des Resolvers zu minimieren und die Messgenauigkeit maximal zu verbessern.
Im Stand der Technik ist jedoch lediglich vorgesehen, die Messleistung durch Veränderung der Konfigurationen einer Erregerspule und einer Ausgangsspule, die an einem Stator eines Resolvers angeordnet sind, zu verbessern, wie dies in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1996-178611 offenbart ist, oder es ist lediglich vorgesehen, die Messleistung durch Veränderung einer Form eines Rotors eines Resolvers zu verbessern, wie dies in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2005-49183 offenbart ist. Ein Breitenverhältnis zwischen einem rückwärtigen Joch des Stators und dem Rotor wird also nicht als die Messleistung des Resolvers beeinflussender Faktor angesehen. Mit anderen Worten: Wenn das rückwärtige Joch des Stators mit einer Breite versehen ist, die zu einem gewissen Grad kleiner als eine Breite des Rotors ist, kommt es zu einer übermäßigen Ballung (engl. overcrowding) eines magnetischen Flusses des Stators oder es wird eine magnetische Sättigung erzeugt, so dass eine Strömung des magnetischen Flusses gestört wird, wodurch sich die Messleistung des Resolvers verschlechtert. Im Stand der Technik findet dieser Nachteil jedoch keine Berücksichtigung bei der Konstruktion des Resolvers.
Des Weiteren wird im Stand der Technik nicht vorgeschlagen, ein Verhältnis zwischen einer Breite des Stators und einer Breite des rückwärtigen Jochs des Rotors zu optimieren und das Verhältnis bei der Konstruktion des Resolvers zu berücksichtigen, um einen Konstruktionsaufwand für den Resolver zu verringern.
OFFENBARUNG
Technische Aufgabe
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probleme des Stands der Technik zu lösen. Mithin ist die vorliegende Offenbarung darauf gerichtet, einen Resolver zu schaffen, der geeignet ist, die Messgenauigkeit zu verbessern, Herstellungskosten zu verringern und durch Verhinderung einer Ballung des magnetischen Flusses oder einer magnetischen Sättigung einen Konstruktionsaufwand für einen Entwickler zu erleichtern.
Technische Lösung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Resolver vorgesehen, umfassend einen Stator mit mindestens einer Erregerspule und mindestens einer Ausgangsspule und einen Rotor, der mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Stator mittig in dem Stator angeordnet ist, wobei der Rotor zur Veränderung eines Spaltleitwerts gegenüber dem Stator mittels einer Welle drehbar ist, wobei der Stator ein rückwärtiges Joch mit einem ringförmigen Körper und eine Vielzahl von an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochs ausgebildeten Zähnen umfasst, derart, dass die Erregerspule und die Ausgangsspule daraufgewickelt sind, wobei der Rotor einen ringförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung, in welche die Welle eingeführt ist, und eine Vielzahl von an einem Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildeten Schenkelpolen umfasst und wobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 1 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $Wb \geq 0,66 \times Wr$

wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen einem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Bei einer Ausführungsform können das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 2 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $0,66 \times Wr \leq Wb \leq 8 \times Wr$

wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen dem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Bei einer Ausführungsform kann der Rotor oder der Stator ein durch Lamellierung von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke gebildetes Stahlblechpaket sein.
Bei einer Ausführungsform können die Zähne des Stators jeweils ein T-förmiges vorderes Ende und einen an dem Innenumfang des rückwärtigen Jochs vorstehenden Stützabschnitt zur Stützung des vorderen Endes umfassen, wobei die Erregerspule oder die Ausgangsspule auf den Stützabschnitt gewickelt ist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ebenfalls ein Resolver vorgesehen, umfassend einen Stator mit mindestens einer Erregerspule und mindestens einer Ausgangsspule und einen Rotor, der mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Stator mittig in dem Stator angeordnet ist, wobei der Rotor zur Veränderung eines Spaltleitwerts gegenüber dem Stator mittels einer Welle drehbar ist, wobei der Stator ein rückwärtiges Joch mit einem ringförmigen Körper und eine Vielzahl von an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochs ausgebildeten Zähnen umfasst, derart, dass die Erregerspule und die Ausgangsspule daraufgewickelt sind, wobei der Rotor einen ringförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung, in welche die Welle eingeführt ist, und eine Vielzahl von an einem Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildeten Schenkelpolen umfasst und wobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 3 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $Wb \geq 0,72 \times Wr$

wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen einem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Bei einer Ausführungsform können das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 4 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $0,72 \times Wr \leq Wb \leq 1 \times Wr$

wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen dem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Bei einer Ausführungsform kann der Rotor oder der Stator ein durch Lamellierung von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke gebildetes Stahlblechpaket sein.
Bei einer Ausführungsform können die Zähne des Stators jeweils ein T-förmiges vorderes Ende und einen an dem Innenumfang des rückwärtigen Jochs vorstehenden Stützabschnitt zur Stützung des vorderen Endes umfassen, wobei die Erregerspule oder die Ausgangsspule auf den Stützabschnitt gewickelt ist.
Vorteilhafte Wirkungen
Da nach der vorliegenden Offenbarung ein Verhältnis zwischen einer Breite eines rückwärtigen Jochs eines Stators und einem Schenkelpol eines Rotors in einem Resolver optimiert ist, ist es möglich, einen geballten magnetischen Fluss oder eine magnetische Sättigung an dem Resolver zu verhindern, die Messgenauigkeit zu verbessern und Herstellungskosten zu reduzieren, ohne dass eine Größe oder ein Gewicht des Resolvers übermäßig steigen.
Da außerdem eine Breite des rückwärtigen Jochs des Stators und eine Breite des Schenkelpols des Rotors als eine Art von Parameter angesehen werden und vorgesehen ist, einen Zahlenbereich zur Optimierung eines Breitenverhältnisses zwischen ihnen bei der Konstruktion des Resolvers zu berücksichtigen, ist es möglich, einen Konstruktionsaufwand für den Resolver zu verringern und einen Konstruktionsfehler zu verhindern.
Des Weiteren geht aus der nachfolgenden Beschreibung für den Fachmann offensichtlich hervor, dass durch die Ausführungsformen nach der vorliegenden Offenbarung auch zahlreiche vorstehend nicht erwähnte technische Aufgaben lösbar sind.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittansicht eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts X von 1.
3 zeigt eine Versuchsumgebung eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4a bis 4e zeigen Diagramme, die einen Messfehler in Abhängigkeit von einem Breitenverhältnis zwischen einem Schenkelpol eines Rotors und einem rückwärtigen Joch eines Stators schematisch abbilden.
5 zeigt eine Tabelle, die maximale Messfehler in Abhängigkeit von einem Breitenverhältnis zwischen dem Schenkelpol des Rotors und dem rückwärtigen Joch des Stators darstellt.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, um Lösungen der technischen Aufgaben der vorliegenden Offenbarung klar zu erläutern. In der vorliegenden Offenbarung wird allerdings auf eine Erläuterung des Standes der Technik verzichtet, sofern sie der Klarheit des Gegenstands der der vorliegenden Offenbarung abträglich wäre. Außerdem sind die hier verwendeten Begriffe unter Berücksichtigung von Funktionen in der vorliegenden Offenbarung definiert und können je nach Absicht eines Konstrukteurs, eines Herstellers oder dergleichen oder je nach Usus abweichen. Somit sind die Begriffe anhand der Gesamtoffenbarung der Beschreibung zu definieren.
1 zeigt eine Querschnittansicht eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie 1 zeigt, umfasst ein Resolver 100 einen Stator 110 und einen Rotor 120. Der Stator 110 weist in seiner Gesamtheit eine ringförmige Struktur auf, und mindestens eine Erregerspule (nicht gezeigt) und mindestens eine Ausgangsspule (nicht gezeigt) sind an einem Innenumfang des Resolvers 100 angeordnet. Derzeit wird häufig ein Stator 110 mit einer einphasigen Erregerspule und zweiphasigen Ausgangsspulen verwendet. Dieser Stator 110 kann ein einen ringförmigen Körper des Stators 110 bildendes rückwärtiges Joch 112 und eine Vielzahl von an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochs 112 ausgebildeten Zähnen 114 aufweisen. Zwischen Zähnen des Stators 110 ist eine Nut 116 zur Aufnahme einer Spule ausgebildet, und die Erregerspule und die Ausgangsspule sind jeweils auf die Zähne 114 gewickelt und in den Nuten 116 aufgenommen. Hierbei können die Zähne 114 des Stators 110 jeweils ein T-förmiges vorderes Ende 114a und einen an dem Innenumfang des rückwärtigen Jochs 112 vorstehenden Stützabschnitt 114b zur Stützung des vorderen Endes 114a aufweisen, derart, dass eine Erregerspule oder eine Ausgangsspule daraufgewickelt ist.
Der Rotor 120 weist eine dem Stator 110 entsprechende Form auf, und der Rotor 120 ist mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Stator 110 mittig in dem Stator 110 angeordnet, um basierend auf einer Welle zu drehen. Hierbei wirkt der Rotor 120 zur Veränderung eines Spaltleitwerts gegenüber dem Stator 110 mit dem Stator 110 zusammen. Dafür kann der Rotor 120 einen ringförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung 126, in welche die Welle eingeführt ist, eine Vielzahl von an einem Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildete Schenkelpolen 122 und eine Verbindungseinrichtung 124 zur Verbindung der Schenkelpole miteinander umfassen. Wenn der Resolver beispielsweise auf eine elektrische Servolenkvorrichtung angewendet wird, kann der Rotor 120 durch die mittige Öffnung 126 hindurch in ein Ende einer Welle eines an der elektrischen Servolenkvorrichtung montierten Motors eingepresst sein. Außerdem kann der Stator 110 oder der Rotor 120 aus einem durch Lamellierung einer Vielzahl von ferromagnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke gebildeten Stahlblechpaket gebildet sein oder aus einem einzelnen ferromagnetischen Stahlblech vorbestimmter Dicke gebildet sein.
Wenn nunmehr eine Erregungsspannung an die an dem Stator 110 angeordnete Erregerspule angelegt wird und sich außerdem der Rotor 120 mittels der an eine mittige Öffnung 126 desselben gekoppelten Welle dreht, verändert der Rotor 120 mittels der Schenkelpole 122 und des Verbindungsabschnitts 124 einen Spaltleitwert gegenüber dem Stator 110. Infolgedessen werden sinusförmige und cosinusförmige Spannungssignale durch die Ausgangsspule des Stators 110 ausgegeben. Anhand dieser Ausgangssignale misst der Resolver 100 einen Drehwinkel, eine Drehzahl oder dgl. der Welle.
Wenn hierbei das rückwärtige Joch 112 des Stators 110 mit einer Breite versehen ist, die um einen gewissen Grad kleiner als eine Breite des Rotors 120 ist, wird der Weg des magnetischen Flusses geschmälert, wodurch ein durch das rückwärtige Joch 112 verlaufender magnetischer Fluss übermäßig geballt wird oder eine magnetische Sättigung erzeugt wird, so dass es zu einer Störung des magnetischen Flusses kommt, wodurch sich folglich die Messleistung des Resolvers verschlechtert. Wenn das rückwärtige Joch 112 des Stators 110 außerdem mit einer Breite versehen ist, die um einen gewissen Grad größer ist als eine Breite des Rotors 120, verbessert sich die Messleistung nicht signifikant, aber eine Produktgröße erhöht sich unnötig und auch die Herstellungskosten steigen.
Daher ist bei dem Resolver 100 nach der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, dass ein optimales Breitenverhältnis zwischen dem rückwärtigen Joch 112 des Stators 110 und dem Rotor 120 angewendet wird.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts X von 1.
Bezug nehmend auf 2 in Zusammenschau mit 1 werden in der vorliegenden Offenbarung die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs des Stators 110 und die Breite (Wr) des Schenkelpols, die einer maximalen Breite des Rotors 120 entspricht, als die Messleistung des Resolvers beeinflussende Parameter betrachtet, und dann wird ein Verhältnis zwischen diesen optimiert, wodurch die Messleistung des Resolvers verbessert wird.
Hierbei ist die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs als ein Wert (R2 - R1) definiert, der sich aus der Subtraktion eines Innenradius (R1) des rückwärtigen Jochs 112 von einem Außenradius (R2) des rückwärtigen Jochs 112 ergibt. Mit anderen Worten ist die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs wie in der folgenden Gleichung 1 definierbar. $Wb = R 2 - R 1$
Hierbei steht Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs 112, R1 für einen Innenradius des rückwärtigen Jochs 112 und R2 für einen Außenradius des rückwärtigen Jochs 112. Der Innenradius (R1) des rückwärtigen Jochs 112 entspricht dabei einem Radius eines gedachten Kreises, der Grenzlinien zwischen dem rückwärtigen Joch 112 und den Zähnen 114 verbindendet.
Außerdem ist die Breite (Wr) des Schenkelpols als ein Wert (R4 - R3) definierbar, der sich aus der Subtraktion eines Innenradius (R3) des Rotors 120 von einem maximalen Außenradius (R4) des Rotors 120 ergibt. Mit anderen Worten ist die Breite (Wr) des Schenkelpols wie in der folgenden Gleichung 2 definierbar. $Wr = R 4 - R 3$
Hierbei steht Wr für eine Breite des Schenkelpols, R3 für einen Innenradius des Rotors 120 und R4 für einen maximalen Außenradius des Rotors 120. Der maximale Außenradius (R4) des Rotors 120 entspricht dabei einem Radius eines gedachten Kreises, der Spitzenpunkte der Schenkelpole 122 verbindet, und der Innenradius (R3) des Rotors 120 entspricht einem Radius der mittigen Öffnung 126. Somit ist die Breite (Wr) des Schenkelpols auch als ein kürzester Abstand zwischen dem Spitzenpunkt des Schenkelpols 122 des Rotors 120 und der mittigen Öffnung 126 definierbar.
Der Resolver nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist derart ausgelegt, dass ein Verhältnis (Wb / Wr) der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs zu der Breite (Wr) des Schenkelpols einen vorbestimmten Wert von 0,66 oder höher aufweist. Mit anderen Worten ist ein Verhältnis zwischen der Breite (Wr) des Schenkelpols und der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs wie in der folgenden Gleichung 3 ausdrückbar. $Wb \geq 0,66 \times Wr$
Hierbei steht Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs und Wr für eine Breite des Schenkelpols.
Wenn dabei die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs kleiner als das 0,66-Fache der Breite (Wr) des Schenkelpols ist, stellt sich an dem rückwärtigen Joch 112 leicht eine Sättigung des an den Zähnen 114 des Stators 110 erzeugten magnetischen Flusses ein, und es kommt zu Interferenzen zwischen magnetischen Flüssen, so dass ein Messfehler des Resolvers zunimmt. Um sicherzustellen, dass der Messfehler des Resolvers niedriger als ±0,5° ist, wobei es sich um einen auf dem Gebiet der Präzisionsmessung verlangten maximal zulässigen Grenzwert handelt, sollte daher die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs das 0,66-Fache oder mehr der Breite (Wr) des Schenkelpols betragen. Wie zuvor beschrieben kann das rückwärtige Joch 112 des Stators 110 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung derart ausgelegt sein, dass es eine Breite größer oder gleich 0,66-mal die Breite (Wr) des Schenkelpols aufweist.
Wenn indes die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs mehr als das 8-Fache der Breite (Wr) des Schenkelpols beträgt, nimmt die Messgenauigkeit des Resolvers nicht wesentlich zu, aber eine Produktgröße wird unnötig erhöht und die Herstellungskosten steigen, so dass die Wirtschaftlichkeit sinkt. Somit kann der Resolver nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung derart ausgelegt sein, dass das Verhältnis (Wb / Wr) der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs zu der Breite (Wr) des Schenkelpols in dem Bereich von 0,66 bis 8 liegt. Mit anderen Worten ist ein Verhältnis zwischen der Breite (Wr) des Schenkelpols und der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs wie in der folgenden Gleichung 4 ausdrückbar. $0,66 \times Wr \leq Wb \leq 8 \times Wr$
Hierbei steht Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs und Wr für eine Breite des Schenkelpols.
Wie vorstehend beschrieben, ist es nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Hinblick auf die Messgenauigkeit und Wirtschaftlichkeit wünschenswert, dass das rückwärtige Joch 112 des Stators 110 derart ausgelegt ist, dass es eine Breite aufweist, die dem 0,66- bis 8-Fachen der Breite (Wr) des Schenkelpols des Rotors 120 entspricht.
Außerdem kann der Resolver nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung derart ausgelegt sein, dass das Verhältnis (Wb / Wr) der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs zu der Breite (Wr) des Schenkelpols einen vorbestimmten Wert von 0,72 oder mehr aufweist. Mit anderen Worten ist ein Verhältnis zwischen der Breite (Wr) des Schenkelpols und der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs wie in der folgenden Gleichung 5 ausdrückbar. $Wb \geq 0,72 \times Wr$
Hierbei steht Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs und Wr für eine Breite des Schenkelpols.
Wenn vorgesehen ist, dass die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs das 0,72-Fache oder mehr der Breite (Wr) des Schenkelpols beträgt, sinkt der maximale Messfehler des Resolvers auf 0,35° oder weniger, was eine hohe Präzision des Resolvers ermöglicht.
Wenn die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs indes größer als die Breite (Wr) des Schenkelpols ist, verbessert sich die Messleistung des Resolvers trotz einer Zunahme der Produktgröße und eines Anstiegs der Herstellungskosten nicht signifikant, wodurch sich die Produkteffizienz verschlechtert.
Daher kann der Resolver nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung derart ausgelegt sein, dass das Verhältnis (Wb / Wr) der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs zu der Breite (Wr) des Schenkelpols in dem Bereich von 0,72 bis 1 liegt. Mit anderen Worten ist ein Verhältnis zwischen der Breite (Wr) des Schenkelpols und der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs wie in der folgenden Gleichung 6 ausdrückbar. $0,72 \times Wr \leq Wb \leq 1 \times Wr$
Hierbei steht Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs und Wr für eine Breite des Schenkelpols.
Wenn wie zuvor beschrieben vorgesehen ist, dass die Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs das 0,72- bis 1-Fache der Breite (Wr) des Schenkelpols beträgt, ist eine hohe Präzision mit einem maximalen Messfehler von 0,35° oder weniger gewährleistbar und es sind auch eine kleine Produktgröße und verringerte Herstellungskosten erzielbar.
Im Folgenden wird die Messleistung des Resolvers in Abhängigkeit von dem Breitenverhältnis zwischen dem Schenkelpol des Rotors und dem rückwärtigen Joch des Stators anhand eines Versuchsbeispiels wie folgt belegt.
3 zeigt eine Versuchsumgebung eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie 3 zeigt, wurde bei diesem Versuchsbeispiel ein Resolvermuster 20 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung an ein Ende einer Welle eines Motors 10 gekoppelt, ebenso wurde ein Encoder 30 an das andere Ende der Welle des Motors 10 gekoppelt, und dann wurden Ausgangssignalverläufe des Resolvermusters 20 und des Encoders 30 mittels einer Recheneinrichtung 40 analysiert, um einen Messfehler des Resolvermusters 20 zu messen.
Herstellung eines Resolvermusters
Es wurde eine Vielzahl von Resolvermustern hergestellt, die einen Rotor mit Schenkelpolen mit einer Breite (Wr) von 7,8 mm und einen Stator mit einem rückwärtigen Joch mit einer derartigen Breite (Wb) aufwiesen, dass ein Verhältnis (Wb / Wr) der Breite (Wb) des rückwärtigen Jochs zu der Breite (Wr) des Schenkelpols 0,6 bis 12 betrug. Der Stator und der Rotor eines jeden Musters wurden zur Minimierung eines Verlusts, wie z. B. eines Eisenverlusts, durch Lamellierung von ferromagnetischen Stahlblechen mit einer Dicke von 0,5 mm ausgebildet. Außerdem wurde der Stator mit 24 Zähnen versehen, und der Rotor wurde mit 10 Schenkelpolen versehen.
Messung von Fehlern
Versuchsbedingungen wurden auf eine Versuchstemperatur von 24,5 °C, eine angelegte Spannung von 7 Veff, eine Frequenz von 10 kHz und eine Drehzahl von 60 U/min an dem Rotor festgelegt, und andere Versuchsbedingungen außer dem Breitenverhältnis (Wb / Wr) wurden von Resolvermuster zu Resolvermuster konstant gehalten. Unter Antrieb der Welle des Motors 10 wurde mittels der Recheneinrichtung 40 ein Drehwinkelprofil des Resolvermusters 20 berechnet, und das Drehwinkelprofil des Resolvermusters 20 wurde jeweils zur Berechnung eines Messfehlers der Muster mit einem Drehwinkelprofil des Encoders 30 verglichen. Außerdem wurde ein in diesem Versuchsbeispiel angestrebter maximal zulässiger Fehler des Resolvers auf ±0,5° festgelegt. Der Resolver mit einer den maximal zulässigen Fehler von ±0,5° erfüllenden Messleistung ist auf eine Vielzahl von Präzisionsregelsystemen anwendbar, wodurch eine vielseitige Anwendbarkeit bei gleichzeitiger Messgenauigkeit gewährleistet ist.
4a bis 4e zeigen Diagramme, welche einen Messfehler in Abhängigkeit von einem Breitenverhältnis (Wb / Wr) zwischen dem Schenkelpol des Rotors und dem rückwärtigen Joch des Stators schematisch abbilden.
Bezug nehmend auf 4a zeigt sich zunächst, dass bei einem Breitenverhältnis (Wb / Wr) des rückwärtigen Jochs zu der Breite des Schenkelpols von 0,6 (Fall 01) ein Messfehler bei fortgesetzter Drehung des Rotors zwischen einem Höchstwert von 0,564° und einem Minimalwert von -0,557° variiert und ein maximaler Messfehler, der ein Absolutwert ist, 0,564° erreicht. Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 0,64 beträgt (Fall 02), zeigt sich außerdem, dass ein Messfehler bei fortgesetzter Drehung des Rotors zwischen einem Höchstwert von 0,524° und einem Minimalwert von -0,536° variiert.
Bezug nehmend auf 4b zeigt sich außerdem, dass bei einem Breitenverhältnis (Wb / Wr) von 0,65 (Fall 03) ein Messfehler bei fortgesetzter Drehung des Rotors zwischen einem Höchstwert von 0,447° und einem Minimalwert von -0,512° variiert. Mit anderen Worten: Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 0,65 (Fall 03) beträgt, liegt zwar der Höchstwert des Messfehlers in einem zulässigen Fehlerbereich, der Minimalwert liegt jedoch auf unerwünschte Weise außerhalb des zulässigen Bereichs.
Wenn Bezug nehmend auf 4b das Breitenverhältnis (Wb / Wr) indes 0,66 (Fall 04) erreicht, zeigt sich, dass ein Messfehler zwischen einem Höchstwert von 0,4° und einem Minimalwert von -0,46° variiert und der maximale Messfehler 0,46° wird, was niedriger ist als der maximal zulässige Fehler von 0,5°.
Wenn Bezug nehmend auf 4c das Breitenverhältnis (Wb / Wr) des rückwärtigen Jochs zu dem Schenkelpol außerdem 0,72 (Fall 05) und 1 (Fall 06) beträgt, wird der maximale Messfehler 0,346° bzw. 0,343°, wodurch eine hohe Präzision gewährleistet ist.
Bezug nehmen auf 4d und 4e erhöht sich der maximale Messfehler trotz eines erheblichen Anstiegs des Breitenverhältnisses (Wb / Wr) auf 2, 4 und 8 (Fall 07, Fall 08, Fall 09) jedoch nur leicht auf 0,329°, 0,323° und 0,316°. Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 8 übersteigt und 12 erreicht (Fall 10), zeigt sich insbesondere, dass der maximale Messfehler unverändert bei 0,316° bleibt, obwohl das Breitenverhältnis (Wb / Wr) stark ansteigt. Mit anderen Worten: Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 1 oder mehr beträgt, nimmt die Breite des rückwärtigen Jochs des Stators zu, so dass eine Größe, ein Gewicht und die Herstellungskosten des Resolvers insgesamt steigen, die Messleistung des Resolvers jedoch nicht erheblich zunimmt, wodurch sich die Produkteffizienz verschlechtert.
5 zeigt eine Tabelle, welche maximale Messfehler in Abhängigkeit von einem Breitenverhältnis (Wb / Wr) zwischen dem Schenkelpol des Rotors und dem rückwärtigen Joch des Stators darstellt. Hierbei stellt der maximale Messfehler einen größten Absolutwert des Messfehlers dar, der in Abhängigkeit von einer Drehung des Rotors variiert.
Bezug nehmend auf 5 sinkt der maximale Messfehler des Resolvers allmählich, wenn das Verhältnis (Wb / Wr) der Breite des rückwärtigen Jochs zu der Breite des Schenkelpols von 0,6 auf 12 ansteigt. Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 0,66 oder mehr wird, sinkt der maximale Messfehler insbesondere auf 0,5° oder darunter, womit er einen angestrebten zulässigen Fehlerbereich erfüllt. Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 0,72 oder mehr wird, sinkt der maximale Messfehler weiterhin auf 0,35° oder weniger, wodurch eine hohe Präzision des Resolvers ermöglicht wird. Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) jedoch auf über 1 steigt, zeigt sich, dass eine Sinkgeschwindigkeit des maximalen Messfehlers abnimmt. Wenn das Breitenverhältnis (Wb / Wr) 8 übersteigt, sinkt der maximale Messfehler insbesondere nicht mehr wesentlich. Hieraus geht hervor, dass das Breitenverhältnis (Wb / Wr) des rückwärtigen Jochs zu dem Schenkelpol im Zusammenhang mit der Messgenauigkeit des Resolvers verglichen mit anderen Faktoren keinen großen Einfluss auf die Messleistung des Resolvers hat.
Da nach der vorliegenden Offenbarung ein Verhältnis zwischen einer Breite eines rückwärtigen Jochs eines Stators und einem Schenkelpol eines Rotors in einem Resolver wie vorstehend beschrieben optimiert ist, ist es möglich, einen geballten magnetischen Fluss oder eine magnetische Sättigung an dem Resolver zu verhindern, die Messgenauigkeit zu verbessern und Herstellungskosten zu reduzieren, ohne dass eine Größe oder ein Gewicht des Resolvers übermäßig steigen. Da außerdem eine Breite des rückwärtigen Jochs des Stators und eine Breite des Schenkelpols des Rotors als eine Art von Parameter angesehen werden und vorgesehen ist, einen Zahlenbereich zur Optimierung eines Breitenverhältnisses zwischen ihnen bei der Konstruktion des Resolvers zu berücksichtigen, ist es möglich, einen Konstruktionsaufwand für den Resolver zu verringern und einen Konstruktionsfehler zu verhindern. Des Weiteren geht aus der nachfolgenden Beschreibung für den Fachmann offensichtlich hervor, dass durch die Ausführungsformen nach der vorliegenden Offenbarung auch zahlreiche vorstehend nicht erwähnte technische Aufgaben lösbar sind.
Im Vorstehenden wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben. Der Fachmann versteht jedoch ohne Weiteres, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Modifikationen möglich sind. Somit sind die Ausführungsformen nicht als Einschränkung, sondern als Veranschaulichung zu interpretieren. Mit anderen Worten wird der tatsächliche Umfang der vorliegenden Offenbarung in den beigefügten Ansprüchen definiert, und Entsprechungen sowie Modifikationen derselben sollen als in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallend gelten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020150158190 [0001]
JP 8178611 [0004]
JP 2005049183 [0004]

Claims

Resolver, umfassend einen Stator mit mindestens einer Erregerspule und mindestens einer Ausgangsspule und einen Rotor, der mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Stator mittig in dem Stator angeordnet ist, wobei der Rotor zur Veränderung eines Spaltleitwerts gegenüber dem Stator mittels einer Welle drehbar ist, wobei der Stator ein rückwärtiges Joch mit einem ringförmigen Körper und eine Vielzahl von an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochs ausgebildeten Zähnen umfasst, derart, dass die Erregerspule und die Ausgangsspule daraufgewickelt sind, wobei der Rotor einen ringförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung, in welche die Welle eingeführt ist, und eine Vielzahl von an einem Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildeten Schenkelpolen umfasst und wobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 1 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $Wb \geq 0,66 \times Wr$
wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen einem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Resolver nach Anspruch 1, wobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 2 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $0,66 \times Wr \leq Wb \leq 8 \leq Wr$
wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen dem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Resolver nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotor oder der Stator ein durch Lamellierung von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke gebildetes Stahlblechpaket ist.
Resolver nach Anspruch 3, wobei die Zähne des Stators jeweils ein T-förmiges vorderes Ende und einen an dem Innenumfang des rückwärtigen Jochs vorstehenden Stützabschnitt zur Stützung des vorderen Endes umfassen und die Erregerspule oder die Ausgangsspule auf den Stützabschnitt gewickelt ist.
Resolver, umfassend einen Stator mit mindestens einer Erregerspule und mindestens einer Ausgangsspule und einen Rotor, der mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Stator mittig in dem Stator angeordnet ist, wobei der Rotor zur Veränderung eines Spaltleitwerts gegenüber dem Stator mittels einer Welle drehbar ist, wobei der Stator ein rückwärtiges Joch mit einem ringförmigen Körper und eine Vielzahl von an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochs ausgebildeten Zähnen umfasst, derart, dass die Erregerspule und die Ausgangsspule daraufgewickelt sind, wobei der Rotor einen ringförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung, in welche die Welle eingeführt ist, und eine Vielzahl von an einem Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildeten Schenkelpolen umfasst und wobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 3 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $Wb \geq 0,72 \times Wr$
wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen einem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Resolver nach Anspruch 5, wobei das rückwärtige Joch des Stators und der Schenkelpol des Rotors ein die folgende Gleichung 4 erfüllendes Verhältnis aufweisen: $0,72 \times Wr \leq Wb \leq 1 \leq Wr$
wobei Wb für eine Breite des rückwärtigen Jochs steht und Wr für eine Breite des Schenkelpols steht, die einem Abstand zwischen dem Spitzenpunkt des Schenkelpols und der mittigen Öffnung entspricht.
Resolver nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Rotor oder der Stator ein durch Lamellierung von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke gebildetes Stahlblechpaket ist.
Resolver nach Anspruch 7, wobei die Zähne des Stators jeweils ein T-förmiges vorderes Ende und einen an dem Innenumfang des rückwärtigen Jochs vorstehenden Stützabschnitt zur Stützung des vorderen Endes umfassen und die Erregerspule oder die Ausgangsspule auf den Stützabschnitt gewickelt ist.