DE212015000327U1

DE212015000327U1 - Resolver

Info

Publication number: DE212015000327U1
Application number: DE212015000327.2U
Authority: DE
Original assignee: LS Automotive Technologies Co Ltd
Current assignee: LS Automotive Technologies Co Ltd
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: US20180313667A1; JP6867386B2; KR20170056307A; CN206163298U; US10677613B2; WO2017082462A1; JP2018537669A

Abstract

Resolver, umfassend:einen Stator aus einem magnetischen Material, der eine Vielzahl von Zähnen undeine Vielzahl von Nuten aufweist, die abwechselnd an einer Innenseite des Stators ausgebildet sind;Isolierabdeckungen, die jeweils eine den Zähnen entsprechend an einer Innenseite derselben ausgebildete Zahnisoliereinrichtung aufweisen und an dem Stator sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators angebracht sind; undauf die Zähne gewickelte Spulen, wobei die Zahnisoliereinrichtung dazwischen angeordnet ist,wobei ein Spulenbelegungsanteil pro Nut, der durch die folgende Gleichung definiert ist und einen Flächenanteil darstellt, der in einer Nut, an der die Isolierabdeckungen befestigt sind, von den Spulen belegt ist, 35 % oder weniger beträgt:

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. November 2015 in der Republik Korea angemeldeten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0159823 , deren Offenbarung hiermit per Verweis einbezogen ist.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung eines Drehwinkels einer drehenden Vorrichtung und insbesondere einen Resolver.
STAND DER TECHNIK
Bei der Regelung einer drehenden Vorrichtung, wie z. B. eines Motors, müssen Drehinformationen präzise und schnell erfasst werden. Bei der Regelung einer drehenden Vorrichtung müssen eine Bewegung oder Drehstellung eines drehenden Körpers mittels einer an einer Welle montierten Drehwinkelerfassungsvorrichtung genau gemessen werden. Für solche Messungen werden ein Resolver und ein Encoder eingesetzt, und diese Erfassungsvorrichtungen weisen Vorteile und Nachteile auf. Der Resolver erfasst direkt eine Absolutstellung eines Rotors und berechnet anhand der Veränderung der Stellung des Rotors eine Drehrichtung und eine Drehzahl.
Für ein Fahrzeug wird eine elektrische Servolenkung (EPS für engl. electric power steering) verwendet, um die Bedienung eines Lenkgriffs durch Antrieb eines Motors mit einer Batterie zu unterstützen. Die elektrische Servolenkung genießt Beachtung als ein effizientes System mit geringerem Leistungsverlust eines Verbrennungsmotors gegenüber einem Fall, bei dem ein hydraulischer Druck mittels einer Drehkraft eines Verbrennungsmotors erzeugt wird. Da die EPS eine präzise Regelung erfordert, wird eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung zur präzisen Erfassung eines Drehwinkels des Motors benötigt, und die Drehwinkelerfassungsvorrichtung bedarf einer hohen Zuverlässigkeit. Als eine solche Winkelerfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug wird ein Resolver mit einer im Vergleich zu einem Encoder höheren Umgebungsbeständigkeit verwendet.
Der Resolver ist eine Art von Sensor zur präzisen Messung einer Drehzahl und eines Drehwinkels eines Motors. Gattungsgemäß weist ein Resolver eine relativ einfache Struktur auf, bei der sowohl eine Erregerspule als auch eine Ausgangsspule an einem Stator angeordnet sind und sich an einer Innenseite des Stators ein ovaler oder mehrpoliger Rotor befindet. Ein Resolver mit dieser Struktur ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1996-178610 offenbart.
1 zeigt ein Diagramm aus der genannten japanischen Offenlegungsschrift, und ein Resolver umfasst einen Rotor 10 mit einer diesen durchgreifenden Welle und einen ringförmigen Stator 11, der dem Rotor 10 über einen Spalt hinweg gegenüberliegt. Der Rotor 10 weist eine Vielzahl von Schenkelpolen 10a auf, die entlang eines Außenumfangs des Rotors 10 ausgebildet sind, und der ringförmige Stator 11 weist eine Vielzahl von Zähnen 11b und eine Vielzahl von Nuten 11a auf, die abwechselnd entlang eines Innenumfangs des Stators 11 ausgebildet sind. Außerdem sind eine Erregerspule und eine Ausgangsspule auf die Zähne 11b des Stators 11 gewickelt, und die Erregerspule und die Ausgangsspule sind in den Nuten 11a aufgenommen. Die Ausgangsspule ist hier aus einer ersten Ausgangsspule und einer zweiten Ausgangsspule zusammengesetzt. Wenn eine Erregungsspannung an die Erregerspule angelegt wird und die Welle gedreht wird, werden ein Sinus-Signal und ein Cosinus-Signal von der ersten Ausgangsspule und der zweiten Ausgangsspule ausgegeben, und durch Analyse der Signale ist ein Drehwinkel des Resolvers ermittelbar.
Wie zuvor beschrieben sind bei dem Resolver die auf die Zähne 11b des Stators 11 gewickelten Spulen ein wichtiges Element für den Eingang und den Ausgang von Signalen, und somit ist beim Wickeln der Spulen an einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung, wie z. B. einem Resolver, eine präzise Ausgestaltung erforderlich. Wenn eine Spule zum Beispiel mehr um die Zähne 11b gewickelt ist, nimmt eine von der Spule an der Nut 11a zwischen den Zähnen 11b eingenommene Fläche zu, was zu elektrischen Interferenzen zwischen um zwei benachbarte Zähne 11b gewickelten Spulen und infolgedessen zu einem Fehler führt. Wenn eine Spule geringer um die Zähne 11b gewickelt ist, verringert sich ein Wandelverhältnis einer induzierten Spannung der Ausgangsspule, wodurch sie für Störungen von außen anfällig wird.
BETREFFENDE LITERATUR
Patentliteratur
(Patentliteratur 1) japanische Offenlegungsschrift Nr. 1996-178610
OFFENBARUNG
Technische Aufgabe
Die vorliegende Offenbarung ist einem solchen technischen Bedarf entsprechend ausgelegt und somit richtet sich die vorliegende Offenbarung darauf, einen Resolver zu schaffen, der gegenüber Störungen von außen robust ist und bei der Erfassung eines Drehwinkels einen verringerten Fehler aufweist.
Technische Lösung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Resolver vorgesehen, umfassend: einen Stator aus einem magnetischen Material, der eine Vielzahl von Zähnen und eine Vielzahl von Nuten aufweist, die abwechselnd an einer Innenseite des Stators ausgebildet sind; Isolierabdeckungen, die jeweils eine den Zähnen entsprechend an einer Innenseite derselben ausgebildete Zahnisoliereinrichtung aufweisen und an dem Stator sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators angebracht sind; und auf die Zähne gewickelte Spulen, wobei die Zahnisoliereinrichtung dazwischen angeordnet ist, wobei ein Spulenbelegungsanteil pro Nut, der durch die folgende Gleichung definiert ist und einen Flächenanteil darstellt, der in einer Nut, an der die Isolierabdeckungen befestigt sind, von den Spulen belegt ist, 35 % oder weniger beträgt:
Gleichung $\begin{array}{l} Spulenbelegungsanteil pro Nut = (in einer einzelnen Nut durch Spulen belegte Fläche) / \\ (Fläche einer einzelnen Nut) . \end{array}$
Der Spulenbelegungsanteil pro Nut kann 3 % oder mehr betragen.
In einer Nut, an der die Isolierabdeckung befestigt ist, kann ein kürzester Abstand zwischen auf benachbarte Zähne gewickelten Spulen 4 mm oder mehr betragen.
Die Spulen können eine Erregerspule mit einer Phase oder mehr und eine Ausgangsspule mit einer Phase oder mehr umfassen.
Die Erregerspule und die Ausgangsspule können voneinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Der Resolver kann des Weiteren einen Rotor aus einem magnetischen Material umfassen, der zur Veränderung eines Spaltleitwerts in Zusammenwirkung mit dem Stator mittels einer Welle drehbar ist.
Der Rotor kann ein Innenrotor sein, der mittig in dem Stator angeordnet ist.
Der Rotor und der Stator können durch Lamellierung einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke ausgebildet sein.
Der Stator kann durch Herstellung der magnetischen Stahlbleche in Ringform mit einer Vielzahl von Zähnen und einer Vielzahl von Nuten, die abwechselnd an einer Innenseite des Stators ausgebildet sind, und anschließende Lamellierung der magnetischen Stahlbelche ausgebildet sein.
Der Rotor kann ringförmig ausgebildet sein und eine in seinem mittleren Abschnitt ausgebildete Durchgangsöffnung zur Einführung der Welle und eine Vielzahl von an seinem Außenumfang ausgebildeten Schenkelpolen zur Veränderung des Spaltleitwerts aufweisen.
Der Schenkelpol kann eine Bogenform mit einem Durchmesser aufweisen, der zumindest kleiner als ein Durchmesser des Rotors ist.
Eine Mitte des Bogens kann von einer Mitte des Rotors um einen vorbestimmten Abstand beabstandet angeordnet sein und die Bögen der Vielzahl von Schenkelpolen können den gleichen Durchmesser aufweisen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ebenfalls ein Resolver vorgesehen, umfassend: einen Stator aus einem magnetischen Material, der eine Vielzahl von Zähnen und eine Vielzahl von Nuten aufweist, die abwechselnd an einer Innenseite des Stators ausgebildet sind; Isolierabdeckungen, die jeweils eine den Zähnen entsprechend an einer Innenseite derselben ausgebildete Zahnisoliereinrichtung aufweisen und an dem Stator sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators angebracht sind; und auf die Zähne gewickelte Spulen, wobei die Zahnisoliereinrichtung dazwischen angeordnet ist, wobei in einer Nut, an der die Isolierabdeckungen befestigt sind, ein kürzester Abstand zwischen auf zwei benachbarte Zähne gewickelten Spulen 4 mm oder mehr beträgt.
Die Spulen können eine Erregerspule mit einer Phase oder mehr und eine Ausgangsspule mit einer Phase oder mehr umfassen.
Die Erregerspule und die Ausgangsspule können voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen.
Der Resolver kann des Weiteren einen Rotor aus einem magnetischen Material umfassen, der zur Veränderung eines Spaltleitwerts in Zusammenwirkung mit dem Stator mittels einer Welle drehbar ist.
Der Rotor kann ein Innenrotor sein, der mittig in dem Stator angeordnet ist.
Der Rotor und der Stator können durch Lamellierung einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke ausgebildet sein.
Der Stator kann durch Herstellung der magnetischen Stahlbleche in Ringform mit einer Vielzahl von Zähnen und einer Vielzahl von Nuten, die abwechselnd an der Innenseite derselben angeordnet sind, und anschließende Lamellierung der magnetischen Stahlbleche ausgebildet sein.
Der Rotor kann ringförmig ausgebildet sein und eine in seinem mittleren Abschnitt ausgebildete Durchgangsöffnung zur Einführung der Welle und eine Vielzahl von an seinem Außenumfang ausgebildeten Schenkelpolen zur Veränderung des Spaltleitwerts aufweisen.
Der Schenkelpol kann eine Bogenform mit einem Durchmesser aufweisen, der zumindest kleiner als ein Durchmesser des Rotors ist.
Eine Mitte des Bogens kann von einer Mitte des Rotors um einen vorbestimmten Abstand beabstandet angeordnet sein und die Bögen der Vielzahl von Schenkelpolen können den gleichen Durchmesser aufweisen.
Vorteilhafte Wirkungen
Der Resolver nach der vorliegenden Offenbarung misst einen Drehwinkel einer drehenden Vorrichtung, wie z. B. eines Motors präzise, da der Resolver gegenüber Störungen von außen robust ist und einen Ausgangssignalverlauf von gesteigerter Genauigkeit ausgibt.
Der Resolver nach der vorliegenden Offenbarung kann durch eine Verringerung von Interferenzen zwischen an benachbarten Zähnen erzeugten magnetischen Flüssen eine verbesserte Produktleistung aufweisen.
Figurenliste

1 zeigt ein Diagramm eines Resolvers nach dem Stand der Technik.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine Teilebenenansicht des Resolvers nach 2.
4 zeigt ein Diagramm eines Rotors des Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eine Abschnitts A von 3.
6 zeigt ein Diagramm eines kürzesten Abstandes zwischen Spulen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 zeigt ein Diagramm einer Testumgebung eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 bis 16 zeigen Diagramme einer jeweiligen Fehlerrate von als Muster hergestellten Resolvern.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, ausgehend von welcher der durchschnittliche Fachmann die technischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung ohne Weiteres umsetzen kann. Weiterhin wird auf eine Erläuterung des die vorliegende Offenbarung betreffenden verwandten Standes der Technik ggf. verzichtet, wenn sie der Klarheit des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung abträglich wäre. Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 3 zeigt eine Teilebenenansicht des Resolvers nach 2, und 4 zeigt ein Diagramm eines Rotors des Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezug nehmend auf 2 bis 4 umfasst ein Resolver nach dieser Ausführungsform einen Rotor 300, einen Stator 110 aus einem magnetischen Material, der eine Vielzahl von Zähnen 111 und eine Vielzahl von Nuten 112 umfasst, die abwechselnd entlang eines Innenumfangs des Stators 110 ausgebildet sind, ringförmige Isolierabdeckungen 120, die sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators 110 angebracht sind, und Spulen 140, die jeweils um die Zähne 111 gewickelt sind, wobei die Isolationsabdeckung 120 dazwischen angeordnet ist.
Der Rotor 300 ist ein ringförmiger ferromagnetischer Körper mit einer Durchgangsöffnung 301, die in einem mittleren Abschnitt desselben ausgebildet ist, so dass eine Welle durch die Durchgangsöffnung 301 hindurchführbar ist. Der Rotor 300 kann durch Lamellierung von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke gebildet sein. Der Rotor 300 dient als innerer ferromagnetischer Körper, der mittig in dem Stator 110 angeordnet ist und eine Vielzahl von Schenkelpolen aufweist, die zur Veränderung eines Spaltleitwerts in Zusammenwirkung mit dem Stator 110 bei einer Drehung mittels der Welle entlang eines Außenumfangs des Rotors 300 ausgebildet sind. Der Schenkelpol des Rotors 300 weist dabei eine Bogenform mit einem Durchmesser R2 auf, der kleiner als der Durchmesser R1 des Rotors 300 ist. Eine Mitte C2 des Bogens des Schenkelpols ist um einen vorbestimmten Abstand von einer Mitte C1 des Rotors 300 beabstandet angeordnet, und die Durchmesser R2 der Bögen der Schenkelpole können jeweils identisch zueinander sein.
Der Stator 110 dient als ringförmiger ferromagnetischer Körper mit einer Vielzahl von Zähnen 111, die dem Rotor 300 über einen Spalt hinweg gegenüberliegend entlang eines Innenumfangs des Stators 110 ausgebildet sind, und mit Nuten 112 zwischen benachbarten Zähnen 111. Der Stator 110 ist durch Herstellung von magnetischen Stahlblechen in Ringform mit einer Vielzahl von Zähnen 111 und einer Vielzahl von Nuten 112, die abwechselnd an einer Innenseite ausgebildet sind, und Lamellierung der magnetischen Stahlbleche ausbildbar.
Die Isolierabdeckungen 120 sind sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators 110 angebracht und aus einer oberen Isolierungsabdeckung und einer unteren Isolierungsabdeckung zusammengesetzt. Die Isolierungsabdeckung 120 weist in regelmäßigen Abständen entlang eines Innenumfangs eine Vielzahl von zur Abdeckung der Zähne 111 des Stators 110 ausgebildeten Isoliereinrichtungen 121 auf. Da die Isolierabdeckungen 120 sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators 110 angebracht sind, decken die Zahnisoliereinrichtungen 121 die Oberseite und die Unterseite der Zähne 111 ab.
In einem Zustand, in dem die Isolierabdeckungen 120 sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators 110 angebracht und befestigt sind, sind die Spulen 140 auf die Zahnisoliereinrichtungen 121 gewickelt. Mit anderen Worten ist die Spule 140 auf die Zähne 111 gewickelt, wobei die Zahnisoliereinrichtung 121 dazwischen angeordnet ist, so dass die Spule 150 nicht direkt an den Zähnen 111 anliegt. Da die Spule 140 mit dazwischen angeordneter Zahnisoliereinrichtung 121 auf die Zähne 111 gewickelt ist, ist die Spule 140 in der Nut 112 aufgenommen. Die Spule kann aus einer einphasigen Erregerspule und zweiphasigen Ausgangsspulen zusammengesetzt sein. Eine Ausgangsspule der zweiphasigen Ausgangsspulen gibt ein SIN-Signal aus, und die andere Ausgangsspule gibt ein COS-Signal aus. Wenn eine Erregungsspannung an die Erregerspule angelegt und die Welle gedreht wird, geben die erste Ausgangsspule und die zweite Ausgangsspule ein Sinus-Signal und ein Cosinus-Signal aus, und durch Analyse der Signale ist ein Drehwinkel des Resolvers ermittelbar.
Wenn bei diesem Resolver im befestigten Zustand der Isolierungsabdeckung 120 die Spule mit dazwischen angeordneter Zahnisoliereinrichtung 121 auf die Zähne 111 gewickelt und in der Nut 112 aufgenommen ist, hat ein Spulenbelegungsanteil pro Nut, der einen von Spulen belegten Flächenanteil an einer Fläche einer einzelnen Nut 112 darstellt, erheblichen Einfluss auf die Leistung des Resolvers. Der Spulenbelegungsanteil pro Nut kann wie in der folgenden Gleichung 1 ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} Spulenbelegungsanteil pro Nut = (in einer einzelnen Nut durch Spulen belegte Fläche) / \\ (Fläche einer einzelnen Nut) \end{array}$
Der Belegungsanteil wird im Folgenden mit Bezug auf FIG. 2 bis 5 näher beschrieben. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts A aus 3.
Wie oben mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben, sind die Vielzahl von Zähnen 111 und die Vielzahl von Nuten 112 abwechselnd entlang des Innenumfangs des Stators 110 ausgebildet. Außerdem sind die Isolierabdeckungen 120 sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators 110 angebracht und befestigt. Die den Zähnen 111 des Stators 110 entsprechenden Zahnisoliereinrichtungen 121 sind an dem Innenumfang der Isolierungsabdeckung 120 ausgebildet, so dass sie die Zähne 11 des Stators 110 jeweils sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite abdecken. Auf einer Ebene betrachtet ist die die Zähne 111 abdeckende Zahnisoliereinrichtung 121 dabei etwas größer als die Zähne 111.
Wie 5 zeigt, kann die Zahnisoliereinrichtung 121 mit anderen Worten einen Breitenüberstand (a) aufweisen, so dass ihre Breite etwas größer ist als die Breite der Zähne 111. Bei dieser Ausführungsform und in den beigefügten Ansprüchen kann die Fläche der Nut 112 somit als eine Fläche verstanden werden, von der eine Fläche des Breitenüberstands ausgenommen ist. Mit anderen Worten ist eine Fläche einer einzelnen Nut 112 bei dieser Ausführungsform nicht eine Fläche zwischen zwei benachbarten Zähnen 111, sondern eine Fläche zwischen zwei benachbarten Zahnisoliereinrichtungen 121. Außerdem ist eine Fläche einer einzelnen Nut 111 eine Fläche einer Figur, deren Eckpunkte vier Punkten (a, b, c, d) zweier benachbarter Zahnisoliereinrichtungen 121 entsprechen, wie in 5 dargestellt ist.
Bei der Fläche der Nut 112 ist eine von den Spulen 140 belegte Fläche anhand der Anzahl von Windungen der Spulen 140 und jeweils eines Durchmessers der Spulen 140 ermittelbar. Wenn zum Beispiel sich die Erregerspule n-mal windet und sich die Ausgangsspule an zwei benachbarten Zahnisoliereinrichtungen 121 jeweils m-mal windet (es wird davon ausgegangen, dass die erste Ausgangsspule und die zweite Ausgangsspule den gleichen Radius aufweisen), ist eine Fläche der in der Nut 112 zwischen den beiden Zahnisoliereinrichtungen 121 aufgenommenen Spulen 140 wie in der folgenden Gleichung 2 ermittelbar. $Fläche der Spule = 2n π r_{1}^{2} + 4m π r_{2}^{2}$
Hierbei steht r₁ für einen Radius der Erregerspule und r₂ für einen Radius der Ausgangsspule.
Eine Mindestanzahl von Windungen der Ausgangsspule, die notwendig ist, wenn die Erregerspule auf die Zahnisoliereinrichtung 121 gewickelt ist, lässt sich grundsätzlich wie in der folgenden Gleichung 3 ermitteln. In Gleichung 3 steht a für die Anzahl von Windungen der Erregerspule, b für ein Wandelverhältnis, c für einen minimalen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor, d für eine Schnittfläche einer jeden Spule und e für eine Eingangsspannung. $\begin{matrix} Mindestanzahl von Windungen \\ der Ausgangsspule \end{matrix} = \frac{a}{1 - b} \times c \times b \times e \times \frac{1}{d \times 100}$
Die an der Erregerspule eingespeiste Eingangsspannung beträgt grundsätzlich mindestens 4 Veff und weist eine Frequenz von 10 kHz auf. Die magnetischen Flussdichten des Stators und des Rotors, die als ferromagnetische Körper dienen, sollten dabei nicht gesättigt sein, so dass eine maximale Größe des an der Erregerspule eingespeisten Eingangsstroms 0,5 A beträgt. Wenn bestimmt wird, dass eine Mindestanzahl von Windungen der Erregerspule diese Bedingung erfüllt, wird eine Mindestanzahl von Windungen der Ausgangsspule gemäß Gleichung 3 bestimmt. Wenn ein Belegungsanteil anhand der bestimmten Anzahl von Windungen der Erregerspule und der Ausgangsspule, der Radien der Erregerspule und der Ausgangsspule und der Fläche der Nut 112 zwischen den Zahnisoliereinrichtungen 121 berechnet wird, wird er zu einem Mindestbelegungsanteil, und dieser Mindestbelegungsanteil beträgt 3 %. Mit anderen Worten: Wenn der Spulenbelegungsanteil in der Nut 112 kleiner als 3 % wird, steigt der an der Erregerspule eingespeiste Eingangsstrom und beschädigt somit einen Schaltkreis, der die Eingangsspannung anlegt, und auch die magnetische Flussdichte steigt und stört damit einen Signalverlauf der Ausgangsspannung, d. h. der induzierten Spannung. Außerdem verringert sich das an der Ausgangsspule erzeugte Wandelverhältnis der induzierten Spannung, wodurch diese anfällig für Störungen von außen wird. Daher sollte der Spulenbelegungsanteil pro Nut mindestens 3 % betragen.
Der von dem an der Erregerspule eingespeisten Eingangsstrom erzeugte magnetische Fluss koppelt die Ausgangsspule zur Erzeugung einer induzierten Spannung. Der von dem Eingangsstrom erzeugte normale magnetische Fluss wird an den Rotor gekoppelt. Dabei wird der durch den Eingangsstrom erzeugte magnetische Fluss mit dem Rotor gekoppelt, um einen Wirbelstrom zu erzeugen, und der Wirbelstrom wird in einer dem normalen eingegebenen magnetischen Fluss entgegengesetzten Richtung erzeugt. Außerdem kollidieren die durch die an der ersten Ausgangsspule und der zweiten Ausgangsspule erzeugten induzierten Spannungen erzeugten magnetischen Flusskomponenten miteinander und beeinflussen sich dadurch gegenseitig. Wie vorstehend beschrieben, stören der Wirbelstrom und die von der induzierten Spannung der Ausgangsspule erzeugten magnetischen Flusskomponenten die induzierte Spannung des Ausgangsteils, so dass sich die Leistung des Resolvers verschlechtert. Zur Minimierung einer solchen Störung der induzierten Spannung an der Ausgangsseite sollte der Spulenbelegungsanteil pro Nut 35 % oder weniger betragen.
Mit anderen Worten lässt sich die Leistungsminderung des Resolvers verringern, wenn der Spulenbelegungsanteil pro Nut im Bereich von 3 % bis 35 % liegt.
Indes kann der magnetische Fluss gleichmäßig strömen, wenn ein bestimmter Abstand zwischen der auf einen ersten Zahn zweier benachbarter Zähne 111 gewickelten Spule und einer auf einen zweiten Zahn derselben gewickelten Spule eingehalten wird. Wenn der Abstand zwischen der auf den ersten Zahn zweier benachbarter Zähne 111 gewickelten Spule und der auf den zweiten Zahn derselben gewickelten Spule kleiner ist, können die jeweils an den Zähnen 111 erzeugten magnetischen Flüsse einander stören, was zu einer Verzerrung eines Ausgangssignalverlaufs und damit zur Erzeugung eines Fehlers bei der Erfassung eines Drehwinkels führen kann. Zur Verringerung eines solchen Fehlers sollte in der Nut 112 ein bestimmter Abstand zwischen den auf zwei benachbarte Zähne 111 gewickelten Spulen gewahrt bleiben, und ein kürzester Abstand zwischen den Spulen sollte 4 mm oder mehr betragen. 6 zeigt ein Diagramm eines kürzesten Abstands (1_min) zwischen den Spulen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Im Folgenden werden Ergebnisse des Leistungstests an einem Resolver in Abhängigkeit von dem Spulenbelegungsanteil pro Nut und dem kürzesten Abstand zwischen Spulen mit Bezug auf die untenstehende Tabelle 1 beschrieben.
Herstellung von Mustern
Es werden ein Stator 110 mit vierundzwanzig Nuten 112, Isolierabdeckungen 120, ein Rotor 300 mit acht Schenkelpolen und Spulen 140 hergestellt. Dabei sind der Stator 110 und der Rotor 300 ferromagnetische Körper mit hoher magnetischer Permeabilität und werden zur Vermeidung von Ummagnetisierungsverlusten durch Lamellierung von Stahlblechen mit einer Dicke von 0,5 mm gefertigt. Nach der Montage des Stators 110 und der Isolierungsabdeckung 120 werden mittels einer Spulmaschine eine Erregerspule und eine Ausgangsspule auf jede Nut 112 gewickelt, um einen Resolver herzustellen. Es werden insgesamt neun Resolver hergestellt, und jeder Resolver wird mit einem Belegungsanteil und einem kürzesten Abstand zwischen Spulen gemäß der untenstehenden Tabelle 1 gefertigt.
Messung einer Fehlerrate
7 zeigt ein Diagramm einer Testumgebung des Resolvers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Nachdem jeder Resolver wie vorstehen bezüglich der Musterherstellung beschrieben hergestellt ist, wird jeder Resolver 630 an ein Ende einer Welle eines Motors 610 gekoppelt, und ein Encoder 620 wird an das andere Ende der Welle gekoppelt. Darüber hinaus analysiert eine Recheneinrichtung 640 Ausgangssignalformen des Resolvers 630 und des Encoders 620. Im Detail berechnet die Recheneinrichtung 640 nach dem Betrieb der Welle des Motors 610 ein Drehwinkelprofil durch Analyse der Ausgangssignalform des Resolvers 630 und berechnet eine Fehlerrate durch Vergleich des Drehwinkelprofils mit einem Drehwinkelprofil des Encoders 620. Jeder Resolver 630 wird zehnmal getestet, worunter eine höchste Fehlerrate als maximale Fehlerrate definiert wird. Gattungsgemäß wird von einem Resolver eine maximale Fehlerrate von 0,5 oder weniger verlangt.
8 bis 16 zeigen Diagramme, welche eine jeweilige Fehlerrate der mustermäßig hergestellten Resolver abbilden, und die Diagramme zeigen jeweils eine Fehlerrate in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt in einem Test, zu dem eine maximale Fehlerrate festgestellt wird, wenn jeder Resolver 630 zehnmal getestet wird. 8 bis 12 zeigen Diagramme, die jeweils Fehlerraten der Beispiele 1 bis 5 aus Tabelle 1 abbilden, und 13 bis 16 zeigen Diagramme, die jeweils Fehlerraten der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 aus Tabelle 1 abbilden.
Bezug nehmend auf 8 weist der Resolver von Beispiel 1 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,3 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von - 0,36 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,36, was einem Absolutwert der negativen Fehlerrate entspricht. Bezug nehmend auf 9 weist der Resolver von Beispiel 2 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,32 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von -0,33 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,33, was einem Absolutwert der negativen Fehlerrate entspricht. Bezug nehmend auf 10 weist der Resolver von Beispiel 3 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,29 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von -0,29 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,29. Bezug nehmend auf 11 weist der Resolver von Beispiel 4 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,39 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von -0,42 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,42, was einem Absolutwert der negativen Fehlerrate entspricht. Bezug nehmend auf 12 weist der Resolver von Beispiel 5 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,48 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von - 0,44 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,48.
Bezug nehmend auf 13 weist der Resolver von Vergleichsbeispiel 1 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,61 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von -0,12 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,61. Bezug nehmend auf 14 weist der Resolver von Vergleichsbeispiel 2 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,24 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von - 0,52 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,52, was einem Absolutwert der negativen Fehlerrate entspricht. Bezug nehmend auf 15 weist der Resolver von Vergleichsbeispiel 3 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,64 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von -0,21 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,64. Bezug nehmend auf 16 weist der Resolver von Vergleichsbeispiel 4 eine positive Fehlerrate mit einem Höchstwert von 0,61 und eine negative Fehlerrate mit einem Höchstwert von -0,23 auf. Somit beträgt die maximale Fehlerrate 0,61.

Die vorstehenden Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1

	Belegungsanteil	kürzester Abstand	maximale Fehlerrate
Beispiel 1	32	2,2	0,36
Beispiel 2	32	3,7	0,33
Beispiel 3	32	4,5	0,29
Beispiel 4	37	4,5	0,42
Beispiel 5	42	4,5	0,48
Vergleichsbeispiel 1	37	2,2	0,61
Vergleichsbeispiel 2	37	3,7	0,52
Vergleichsbeispiel 3	42	2,2	0,64
Vergleichsbeispiel 4	42	3,7	0,61

Bei den Beispielen 1 und 2 ist in Tabelle 1ersichtlich, dass selbst bei einem kürzesten Abstand von weniger als 4 mm zwischen Spulen in der Nut 112 die maximale Fehlerrate bei einem Spulenbelegungsanteil von 35 % oder weniger 0,5 oder weniger beträgt, was die Produktanforderungen erfüllt. Bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 ist indes ersichtlich, dass die maximale Fehlerrate bei einem kürzesten Abstand zwischen Spulen in der Nut 112 von weniger als 4 mm und einem Spulenbelegungsanteil von mehr als 35 % höher als 0,5 ist, was die Produktanforderungen nicht erfüllt.
Bei einem Vergleich der Beispiele 1 und 2 mit Beispiel 3 ist eine maximale Fehlerrate bei einem kürzesten Abstand zwischen Spulen in der Nut 112 von 4 mm oder mehr und bei einem Spulenbelegungsanteil von 35 % oder weniger insbesondere niedriger als eine maximale Fehlerrate bei einem kürzesten Abstand zwischen Spulen in der Nut 112 von weniger als 4 mm und einem Belegungsanteil von 35 % oder weniger. Mit anderen Worten lässt sich feststellen, dass die beste Leistung erzielbar ist, wenn der kürzeste Abstand zwischen Spulen in der Nut 112 4 mm oder mehr beträgt und der Belegungsanteil 35 % oder weniger beträgt.
In Beispiel 5 ist ersichtlich, dass, wenn der kürzeste Abstand zwischen Spulen 4 mm oder mehr beträgt, die maximale Fehlerrate selbst bei einem Spulenbelegungsanteil von über 35 % in der Nut 112 bei 0,48 liegt, was niedriger als 0,5 ist und somit die Produktanforderungen erfüllt. Wenn indes bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 der Spulenbelegungsanteil in der Nut 112 größer als 35 % ist und der kürzeste Abstand zwischen Spulen weniger als 4 mm beträgt, ist die maximale Fehlerrate höher als 0,5 und erfüllt somit die Produktanforderungen nicht.
Wenn mit anderen Worten eine der Bedingungen, dass der kürzeste Abstand zwischen Spulen in der Nut 112 4 mm oder mehr beträgt und dass der Spulenbelegungsanteil 35 % oder weniger beträgt, erfüllt sind, weist der Resolver eine maximale Fehlerrate von 0,5 oder weniger auf und erfüllt somit die Produktanforderungen. Wenn darüber hinaus beide Bedingungen erfüllt sind, ist die maximale Fehlerrate des Weiteren niedriger als in dem Fall, dass nur eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, wodurch eine bessere Leistung gewährleistet ist. Ist indes keine der beiden Bedingungen erfüllt, ist die maximale Fehlerrate höher als 0,5 und erfüllt somit die Produktbedingungen nicht.
Obwohl die vorliegende Offenbarung zahlreiche Merkmale umfasst, sollten solche Merkmale nicht als den Umfang der vorliegenden Offenbarung oder die Ansprüche einschränkend interpretiert werden. Des Weiteren können im Zusammenhang mit jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschriebene Merkmale in einer einzelnen Ausführungsform kombiniert umgesetzt werden. Umgekehrt können eine Vielzahl von im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Merkmalen in verschiedenen Ausführungsformen einzeln oder in geeigneter Kombination umgesetzt werden.
Der Fachmann versteht, dass an der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Anpassungen, Modifikationen und Veränderungen vornehmbar sind, ohne von den technischen Aspekten der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und dass die vorstehend beschriebene vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen und die beigefügte Zeichnung beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020150159823 [0001]
JP 8178610 [0008]

Claims

Resolver, umfassend: einen Stator aus einem magnetischen Material, der eine Vielzahl von Zähnen und eine Vielzahl von Nuten aufweist, die abwechselnd an einer Innenseite des Stators ausgebildet sind; Isolierabdeckungen, die jeweils eine den Zähnen entsprechend an einer Innenseite derselben ausgebildete Zahnisoliereinrichtung aufweisen und an dem Stator sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators angebracht sind; und auf die Zähne gewickelte Spulen, wobei die Zahnisoliereinrichtung dazwischen angeordnet ist, wobei ein Spulenbelegungsanteil pro Nut, der durch die folgende Gleichung definiert ist und einen Flächenanteil darstellt, der in einer Nut, an der die Isolierabdeckungen befestigt sind, von den Spulen belegt ist, 35 % oder weniger beträgt: $\begin{array}{l} Spulenbelegungsanteil pro Nut = (in einer einzelnen Nut durch Spulen belegte Fläche) / \\ (Fläche einer einzelnen Nut) . \end{array}$
Resolver nach Anspruch 1, wobei der Spulenbelegungsanteil pro Nut 3 % oder mehr beträgt.
Resolver nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einer Nut, an der die Isolierabdeckungen befestigt sind, ein kürzester Abstand zwischen auf zwei benachbarte Zähne gewickelten Spulen 4 mm oder mehr beträgt.
Resolver nach Anspruch 3 wobei die Spulen eine Erregerspule mit einer Phase oder mehr und eine Ausgangsspule mit einer Phase oder mehr umfassen.
Resolver nach Anspruch 4, wobei die Erregerspule und die Ausgangsspule voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen.
Resolver nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend: einen Rotor aus einem magnetischen Material, der zur Veränderung eines Spaltleitwerts in Zusammenwirkung mit dem Stator mittels einer Welle drehbar ist.
Resolver nach Anspruch 6, wobei der Rotor ein Innenrotor ist, der mittig in dem Stator angeordnet ist.
Resolver nach Anspruch 7, wobei der Rotor und der Stator durch Lamellierung einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke ausgebildet sind.
Resolver nach Anspruch 8, wobei der Stator durch Herstellung der magnetischen Stahlbleche in Ringform mit einer Vielzahl von Zähnen und einer Vielzahl von Nuten, die abwechselnd an der Innenseite derselben angeordnet sind, und anschließende Lamellierung der magnetischen Stahlbleche ausgebildet ist.
Resolver nach Anspruch 7, wobei der Rotor ringförmig ausgebildet ist und eine in seinem mittleren Abschnitt ausgebildete Durchgangsöffnung zur Einführung der Welle und eine Vielzahl von an seinem Außenumfang ausgebildeten Schenkelpolen zur Veränderung des Spaltleitwerts aufweist.
Resolver nach Anspruch 10, wobei der Schenkelpol eine Bogenform mit einem Durchmesser aufweist, der zumindest kleiner als ein Durchmesser des Rotors ist.
Resolver nach Anspruch 11, wobei eine Mitte des Bogens von einer Mitte des Rotors um einen vorbestimmten Abstand beabstandet angeordnet ist und die Bögen der Vielzahl von Schenkelpolen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Resolver, umfassend: einen Stator aus einem magnetischen Material, der eine Vielzahl von Zähnen und eine Vielzahl von Nuten aufweist, die abwechselnd an einer Innenseite des Stators ausgebildet sind; Isolierabdeckungen, die jeweils eine den Zähnen entsprechend an einer Innenseite derselben ausgebildete Zahnisoliereinrichtung aufweisen und an dem Stator sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Stators angebracht sind; und auf die Zähne gewickelte Spulen, wobei die Zahnisoliereinrichtung dazwischen angeordnet ist, wobei in einer Nut, an der die Isolierabdeckungen befestigt sind, ein kürzester Abstand zwischen auf zwei benachbarte Zähne gewickelten Spulen 4 mm oder mehr beträgt.
Resolver nach Anspruch 13 wobei die Spulen eine Erregerspule mit einer Phase oder mehr und eine Ausgangsspule mit einer Phase oder mehr umfassen.
Resolver nach Anspruch 14, wobei die Erregerspule und die Ausgangsspule voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen.
Resolver nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend: einen Rotor aus einem magnetischen Material, der zur Veränderung eines Spaltleitwerts in Zusammenwirkung mit dem Stator mittels einer Welle drehbar ist.
Resolver nach Anspruch 16, wobei der Rotor ein Innenrotor ist, der mittig in dem Stator angeordnet ist.
Resolver nach Anspruch 17, wobei der Rotor und der Stator durch Lamellierung einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen vorbestimmter Dicke ausgebildet sind.
Resolver nach Anspruch 18, wobei der Stator durch Herstellung der magnetischen Stahlbleche in Ringform mit einer Vielzahl von Zähnen und einer Vielzahl von Nuten, die abwechselnd an der Innenseite derselben angeordnet sind, und anschließende Lamellierung der magnetischen Stahlbleche ausgebildet ist.
Resolver nach Anspruch 17, wobei der Rotor ringförmig ausgebildet ist und eine in seinem mittleren Abschnitt ausgebildete Durchgangsöffnung zur Einführung der Welle und eine Vielzahl von an seinem Außenumfang ausgebildeten Schenkelpolen zur Veränderung des Spaltleitwerts aufweist.
Resolver nach Anspruch 20, wobei der Schenkelpol eine Bogenform mit einem Durchmesser aufweist, der zumindest kleiner als ein Durchmesser des Rotors ist.
Resolver nach Anspruch 21, wobei eine Mitte des Bogens von einer Mitte des Rotors um einen vorbestimmten Abstand beabstandet angeordnet ist und die Bögen der Vielzahl von Schenkelpolen den gleichen Durchmesser aufweisen.