JP2006023146A - 回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 配置自由度を確保しつつコストダウンを図り、ハードウェア的な構成によって検出精度を向上させる回転位置検出装置を提供する。
【解決手段】 レゾルバロータ１５とレゾルバステータ１６を備え、モータＭの回転子３と固定子９との相対位置を検出する回転位置検出装置において、前記レゾルバステータ１６は前記レゾルバロータ１５の回転角度を検出する回転角検出ロータ２１、回転角検出用ヨーク２４と前記レゾルバロータ１５の軸心ずれを検出する軸心ずれ検出ロータ２０、軸心ずれ検出用ヨーク２５とを備え、前記回転角検出用ヨーク２４の巻線と前記軸心ずれ検出用ヨーク２５の巻線とを共用して設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転位置検出装置に関するものである。

従来からハイブリッド車や電気自動車等のモータ回転位置を検出する回転位置検出装置が知られている。この回転位置検出装置は、モータのロータと回転軸を共有するレゾルバロータと、ティースに巻回された巻線を備えたレゾルバステータとで構成されており、前記巻線からの出力に基づいて前記モータの回転位置を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
ところで、回転位置検出装置の組付け時や車両走行に伴う振動発生時に前記レゾルバロータの軸心にずれが生じることがある。このようにレゾルバロータの軸心がずれると、前記レゾルバロータとレゾルバステータとのギャップ長が変化するので検出信号に軸心ずれ成分が重畳して検出精度が低下してしまう。そこで、２相分の交流電源と励磁巻線を設け、この励磁巻線に対応した検出巻線で位相を検出して前記レゾルバロータの軸心ずれによる検出精度の低下を抑制するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２-１６８６５２号公報 特開平１１−１１８５２１号公報

しかしながら、上述した従来技術では、１相分の交流電源と励磁巻線と専用の制御装置が新たに必要になるため、占有スペースが増加して配置自由度が低下し、コストアップにつながるという問題がある。
また、ソフトウェア的に検出精度を向上させようとすると処理が複雑化してしまう問題がある。
そこで、この発明は、配置自由度を確保しつつコストダウンを図り、ハードウェア的な構成によって検出精度を向上させる回転位置検出装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、レゾルバロータ（例えば、実施の形態におけるレゾルバロータ１５）とレゾルバステータ（例えば、実施の形態におけるレゾルバステータ１６）を備え、電動機（例えば、実施の形態におけるモータＭ）のロータ（例えば、実施の形態における回転子３）とステータ（例えば、実施の形態における固定子９）との相対位置を検出する回転位置検出装置において、前記レゾルバステータは前記レゾルバロータの回転角度を検出する第１検出部（例えば、実施の形態における回転角検出用ヨーク２４）と前記レゾルバロータの軸心ずれを検出する第２検出部（例えば、実施の形態における軸心ずれ検出用ヨーク２５）とを備え、前記第１検出部及び第２検出部は検出用のコイル（例えば、実施の形態における励磁巻線２７ａ、第１の検出巻線２７ｂ、第２の検出巻線２７ｃ）を共用することを特徴とする。
このように構成することで、軸心ずれ成分を含む回転位置情報を検出する第１検出部と軸心ずれ成分を検出する第２検出部の各コイルを共用することで、第１検出部の検出結果の軸心ずれ成分を打ち消して、回転角度検出精度を向上させることができる。

請求項２に記載した発明は、前記レゾルバステータは、前記第１検出部と第２検出部との間に非磁性材料（例えば、実施の形態におけるスペーサ２６）を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、第１検出部と第２検出部との互いの漏れ磁束による影響を低減すると共に、第１検出部と第２検出部とを一体化することができる。

請求項３に記載した発明は、前記レゾルバロータは、前記第１検出部に対応した第１ロータ（例えば、実施の形態における回転角検出ロータ２１）と第２検出部に対応した第２ロータ（例えば、実施の形態における軸心ずれ検出ロータ２０）とを備え、前記第１ロータと第２ロータとの間に非磁性材料（例えば、実施の形態におけるプレート２）を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、前記第１ロータと第２ロータとを一体化することができる。

請求項４に記載した発明は、前記検出用のコイルは、前記第１検出部に対して第２検出部を逆向きに巻回して備えたことを特徴とする。
このように構成することで、ハードウェア的な構成のみで前記軸心ずれ成分を打ち消すことができる。

請求項１に記載した発明によれば、軸心ずれ成分を含む回転位置情報を検出する第１検出部と軸心ずれ成分を検出する第２検出部の各コイルを共用することで、第１検出部の検出結果の軸心ずれ成分を打ち消して、回転角度検出精度を向上させることができるため、配置自由度を確保しつつコストの低減を図ることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、第１検出部と第２検出部との互いの漏れ磁束による影響を低減すると共に、第１検出部と第２検出部とを一体化することができるため、配置自由度を確保しつつ検出精度を向上させることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、前記第１ロータと第２ロータとを一体化することができるため、配置スペースを確保できるという点でさらに有利となる。

請求項４に記載した発明によれば、ハードウェア的な構成のみで前記軸心ずれ成分を打ち消すことができるため、更なるコストの低減を図ることができる効果がある。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施の形態におけるリラクタンスレゾルバ（回転位置検出装置）はハイブリッド車両に用いられるものである。このハイブリッド車両は、エンジンとトランスミッションとの間に前記モータが挟み込まれ、加速時には前記モータによりエンジンを駆動補助可能とし、減速時には前記モータを発電機として機能させ回生作動により減速エネルギーの一部を電気エネルギーに変換して回収する。

図１はエンジンＥとトランスミッションＴとの間に挟み込まれたモータＭを示している。エンジンＥのクランク軸１の端部には、円盤状のプレート（非磁性材料）２を介してモータＭの回転子（ロータ）３の一端がクランク軸１と同軸上にボルト４により固定されている。モータＭの回転子３の外周面にはマグネット５が取り付けられている。また、前記エンジンＥにはモータケース６がブラケット７を介してボルト８，８により取り付けられ、このモータケース６にモータＭの固定子（ステータ）９がボルト１０によりブラケット１１を介して取り付けられている。そして、前記固定子９のコイル１２は前記マグネット５に対向する位置に取り付けられている。

前記回転子３の他端には、ボルト１３により固定された円盤状のドライブプレート１４を介してトランスミッションＴの入力側部材が取り付けられている。したがって、前記モータＭはエンジンＥとトランスミッションＴとの間に挟み込まれ、モータＭの回転子３とエンジンＥのクランク軸１とトランスミッションＴの入力側部材とが直結して連結されることとなる。

ところで、前述したプレート２の外周縁にはリング状のレゾルバロータ１５が取り付けられている。そして、このレゾルバロータ１５の外周外側で且つレゾルバロータ１５に対向する位置にはレゾルバステータ１６が配置されている。このレゾルバステータ１６はボルト１７を介してエンジンＥのクランクケース１８から突出して形成されたフランジ部１９に固定されている。これらレゾルバロータ１５とレゾルバステータ１６によりリラクタンスレゾルバＲが構成されている。

図２、図３に示すように、レゾルバロータ１５はリング状に形成された軸心ずれ検出ロータ（第２ロータ）２０と回転角検出ロータ（第１ロータ）２１とで構成され、軸心ずれ検出用ロータ２０はエンジンＥ側に、回転角検出ロータ２１はトランスミッションＴ側に取り付けられている。これらは、軸心ずれ検出ロータ２０と回転角検出ロータ２１とで前記プレート２の外周縁を挟み込むようにして固定されている。

前記軸心ずれ検出ロータ２０は外周縁が真円に形成されている。また、前記回転角検出ロータ２１は外周縁が波状に、具体的には外周外側に向かって突出した４つの円弧状の誘導子部２２が形成されている。尚、前記軸心ずれ検出ロータ２０がトランスミッションＴ側、回転角検出ロータ２１がエンジンＥ側に配置されても良い。また、前記プレート２の中心部分には前記ボルト４用の貫通孔２３が設けられている。

図２、図４に示すように、前記レゾルバステータ１６は各々円弧状に形成された回転角検出用ヨーク（第１検出部）２４と軸心ずれ検出用ヨーク（第２検出部）２５と、これらに挟持されたスペーサ（非磁性材料）２６とで構成されている。前記回転角検出用ヨーク２４と軸心ずれ検出用ヨーク２５とは同一形状で、前記１つの誘導子部２２に対応して機械角で３６０°／４の角度範囲内に位置している。前記スペーサ２６は、前記回転角検出用ヨーク２４と軸心ずれ検出用ヨーク２５とを磁気的に切り離す非磁性体としての樹脂製の部材である。そして、これら前記回転角検出用ヨーク２４と軸心ずれ検出用ヨーク２５で前記スペーサ２６を挟み込んで、これを前記ボルト１７，１７で固定し、さらに、このボルト１７，１７で前述したレゾルバステータ１６に向けて突出して形成されたフランジ部１９に固定して設けられている（図１参照）。

ここで、前記スペーサ２６は、前記レゾルバロータ１５の回転角検出ロータ２１と軸心ずれ検出ロータ２０との間隔ｄ（図１，２に示す）に対応して前記回転角検出用ヨーク２４と前記軸心ずれ検出ヨーク２５とを適正に配置させるべく厚さｄに設定されている。

図４に示すように、前記回転角検出用ヨーク２４の内壁にはこの回転角検出用ヨーク２４の円弧の中心に向けてティース１ａ〜４ａが所定の間隔で突出して形成されている。さらに、前記軸心ずれ検出用ヨーク２５の内壁にもティース１ｂ〜４ｂが所定の間隔で形成され、これらのティース１ａ〜４ａ、ティース１ｂ〜４ｂには後述する励磁巻線（コイル）２７ａ、第１の検出巻線（コイル）２７ｂ、第２の検出巻線（コイル）２７ｃが巻装されている。また、前記回転角検出用ヨーク２４の前記ティース１ａ〜４ａと軸心ずれ検出用ヨーク２５の前記ティース１ｂ〜４ｂとはこれらの断面積が全て等しく設定されており、ここに巻装された励磁巻線２７ａ、第１の検出巻線２７ｂ、第２の検出巻線２７ｃのそれぞれの巻き回数が全て等しく設定されている。尚、図示都合上、図４において励磁巻線２７ａ、第１の検出巻線２７ｂ、第２の検出巻線２７ｃを巻線２７として示している。

ここで、前記軸心ずれ検出ロータ２０の外周縁は真円に形成されているため、前記レゾルバロータ１５の軸心がモータＭの回転子３の回転軸とずれていない限り、前記軸心ずれ検出ロータ２０と前記軸心ずれ検出用ヨーク２５の各ティース１ｂ〜４ｂとのギャップ長Ｌ（図１参照）は前記モータＭの回転によって変化することはない。すなわち、前記第１の検出巻線、第２の検出巻線の前記ティース１ｂ〜４ｂに巻回された部分で検出される出力成分は「０」で一定となる。

一方、前記レゾルバロータ１５の軸心がずれている場合には、前記モータＭの回転によって前記軸心ずれ検出ロータ２０と前記各ティース１ｂ〜４ｂとのギャップ長Ｌが変化することとなる。このギャップ長Ｌが変化することで前記ティース１ｂ〜４ｂ内の磁界が変化するため、前記ティース１ｂ〜４ｂに巻装された第１の検出巻線と第２の検出巻線とには軸心ずれ成分である検出信号の変化が生じる。

図５に示すように、前記励磁巻線はティース１ａ〜４ａ、ティース１ｂ〜４ｂの順に巻装されており、この巻回の向きはティース２ａ，４ａ，２ｂ，４ｂに対してティース１ａ，１ｂ，３ａ，３ｂが逆向きになっている。つまり、前記励磁巻線はティース１ａ〜４ａ，１ｂ〜４ｂに対して互い違いの向きで順次巻回されている。

前記第１の検出巻線は、前記ティース１ａ，３ａ，１ｂ，３ｂの順に巻装され、この巻回の向きは、前記ティース１ａに対してこれに隣接するティース１ｂが逆向きに、前記ティース３ａに対してこれに隣接するティース３ｂが逆向きになっている。上記第１の検出巻線と同様に、前記第２の検出巻線は前記ティース２ａ，４ａ，２ｂ，４ｂの順に巻装され、巻回の向きはティース２ａに対してティース２ｂ、ティース４ａに対してティース４ｂがそれぞれ逆方向になっている。すなわち、前記第１の検出巻線と第２の検出巻線とは回転角検出用ヨーク２４と軸心ずれ検出用ヨーク２５とに渡って巻装されており、回転角検出用の巻線と軸心ずれ検出用の巻線とをそれぞれ共用していることとなる。

したがって、前述した励磁巻線にレゾルバ励磁信号Ｅｓｉｎωｔを入力すると、前記レゾルバロータ１５の軸心がずれている場合、第１の検出巻線の前記ティース１ａ，３ａで生じる信号の和は以下に示すようになる。尚、θはレゾルバロータ１５の回転角、Ｋは前記励磁信号と前記第１の検出巻線の出力との変圧比を表し、Ｘは係数を表している。また第二項カッコ内の分母は前記レゾルバロータ１５の誘導子部２２の数を表している。

ここで、第一項のＫＥｓｉｎθ・ｓｉｎωｔは回転角検出の出力信号であり、第二項のＸｃｏｓ（θ／４）は回転角検出成分に重畳するレゾルバロータ１５の軸心ずれ成分である。
そして、前記第１の検出巻線の前記ティース１ｂ、３ｂで生じる出力信号は

となる。上記（１）式と（２）式の差を求めると、

となる。つまり、第１の検出巻線のティース１ａ，３ａに対して前記ティース１ｂ，３ｂにおける巻回方向を逆にして接続することで、回転角検出成分に重畳する軸心ずれ成分を打ち消しているのである。

また、前述の第１の検出巻線と同様に、励磁巻線にレゾルバ励磁信号Ｅｓｉｎωｔを入力すると第２の検出巻線のティース２ａ，４ａで生じる出力信号は

となる。この（４）式でも第一項の回転角検出成分に対して第二項が軸心ずれ成分となる。そして、前記第２の検出巻線の前記ティース２ｂ、４ｂで生じる出力信号は

となり、したがって、第１の検出巻線と同様に、前記ティース２ａ，４ａに対して前記ティース２ｂ，４ｂでの巻回方向を逆にして設けることで、回転角検出成分に重畳した軸心ずれ成分を打ち消すことができるのである。

図６に示すように、リラクタンスレゾルバＲの励磁巻線には、励磁回路からＥｓｉｎωｔの励磁電圧が供給され、前記第１の検出巻線又は第２の検出巻線から出力される信号がＲ／Ｄ変換器３０に入力される。Ｒ／Ｄ変換器３０の第１の乗算器３１では、Ｋ・Ｅｓｉｎωｔ・ｓｉｎθで表される第１の検出巻線からの出力信号にｃｏｓφが掛け合わされ、また、第２の乗算器３２ではＫ・Ｅｓｉｎωｔ・ｃｏｓθで表される信号にｓｉｎφが掛け合わされ、両者の差、Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ ωｔ・ｓｉｎ（θ−φ）を加算器３３で算出し、この算出結果を同期整流回路３４に供給し、図示しない比例積分機能を持つ増幅器と、電圧可変発振器（ＶＣＯ）を経てカウンタ３６に入力される。このカウンタ３６からの出力は絶対電気角度としてそのまま出力される。
尚、これらの回路はθ−φ＝０になるようにループを構成しているため、カウンタ３６の出力φは、φ＝θとなる。尚、図６では図示都合上、リラクタンスレゾルバＲをレゾルバと記載している。

上述した実施の形態によれば、軸心ずれ成分を含む回転角検出成分を検出するティース１ａ〜４ａと軸心ずれ成分を検出するティース１ｂ〜４ｂとに渡って巻線を共用して前記第１の巻線と第２の巻線と励磁巻線とを巻装することで、ティース１ａ〜４ａでの軸心ずれ成分をティース１ｂ〜４ｂで打ち消して、回転角度検出精度を向上させることができるため、配置自由度を確保しつつコストの低減を図ることができる。

また、非磁性材のスペーサ２６を前記回転角検出用ヨーク２４と前記軸心ずれ検出用ヨーク２５との間に挟み込むことで、前記回転角検出用ヨーク２４と前記軸心ずれ検出用ヨーク２５との互いの漏れ磁束による影響を低減すると共に、回転角検出用ヨーク２４と軸心ずれ検出用ヨーク２５とを一体化することができるため、配置自由度を確保しつつ検出精度を向上させることができる。

さらに、ハードウェア的な構成のみで前記軸心ずれ成分を打ち消すことができるため、更なるコストの低減を図ることができると共に、前記軸心ずれ検出ロータ２０と回転角検出ロータ２１とを一体化することができるため、配置スペースを確保できる点で有利である。

尚、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、レゾルバステータを円環状に形成して設けても良い。また、レゾルバロータの配置はプレートの外周縁に限られるものではなく、前記モータＭの回転子と共に回転する位置であれば例えば前記回転子に直接固定したり、ドライブプレートに固定したりして設けても良い。さらに、前記誘導子部、ティースの数は４つに限られず、所望する分解能等に合わせて適宜しても良い。

この発明の実施の形態の断面説明図である。 この発明の実施の形態のリラクタンスレゾルバの斜視図である。 この発明の実施の形態のレゾルバロータの分解斜視図である。 この発明の実施の形態のレゾルバステータの斜視図である。 この発明の実施の形態の励磁巻線、第１の検出巻線、第２の検出巻線の結線図である。 この発明の実施の形態のリラクタンスレゾルバの回路構成図である。

符号の説明

２ プレート（非磁性材料）
３ 回転子（ロータ）
９ 固定子（ステータ）
１５ レゾルバロータ
１６ レゾルバステータ
２０ 軸心ずれ検出ロータ（第２ロータ）
２１ 回転角検出ロータ（第１ロータ）
２４ 回転角検出用ヨーク（第１検出部）
２５ 軸心ずれ検出用ヨーク（第２検出部）
２６ スペーサ（非磁性材料）
２７ａ 励磁巻線（コイル）
２７ｂ 第１の検出巻線（コイル）
２７ｃ 第２の検出巻線（コイル）
Ｍ モータ

Claims (4)

1. レゾルバロータとレゾルバステータを備え、電動機のロータとステータとの相対位置を検出する回転位置検出装置において、前記レゾルバステータは前記レゾルバロータの回転角度を検出する第１検出部と前記レゾルバロータの軸心ずれを検出する第２検出部とを備え、前記第１検出部及び第２検出部は検出用のコイルを共用することを特徴とする回転位置検出装置。
2. 前記レゾルバステータは、前記第１検出部と第２検出部との間に非磁性材料を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
3. 前記レゾルバロータは、前記第１検出部に対応した第１ロータと第２検出部に対応した第２ロータとを備え、前記第１ロータと第２ロータとの間に非磁性材を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転位置検出装置。
4. 前記検出用のコイルは、前記第１検出部に対して第２検出部を逆向きに巻回して備えたことを特徴とする請求項１〜３に記載の回転位置検出装置。
   

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