JP2007051909A

JP2007051909A - レゾルバ

Info

Publication number: JP2007051909A
Application number: JP2005236489A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suganuma; 毅菅沼; Yonezo Kubota; 米蔵久保田
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】本発明は、輪状ステータの直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリとし、小径で極力薄型で、かつ、部品点数が少なく高精度とすることを目的とする。
【解決手段】本発明は、輪状ステータ(12)の直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリ、前記ロータコア(13)の厚さを前記輪状ステータ(12)の厚さよりも薄くし、狭いスペースに装着可能とした構成である。
【選択図】図１

Description

本発明はレゾルバに関し、特に、輪状ステータの直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリとし、小径で極力薄型で、かつ、部品点数が少なく高精度とするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のレゾルバとしては、特許文献１等に示されている図２０及び図２１の構成を挙げることができる。
すなわち、図２０及び図２１において、符号１で示されるものは回転トランス部３を有する基台であり、この基台１には回転トランス部に隣接してレゾルバ部２が設けられ、このレゾルバ部２に対する信号の出し入れは、前記回転トランス部３を介して行われている。

また、特許文献２で示されるバリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）のレゾルバの場合、ロータがロータコアのみでロータ巻線を有していないために、全体の厚さを１０ミリ位迄に薄くすることは達成されている。

特開２００３−３２９４８６号公報米国特許第５７５７１８２号明細書

従来のレゾルバは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、回転トランス部を有するレゾルバは、電気的精度は高いが、軸方向の厚さが２０ミリから５０ミリは必要で、薄型かつ小型化は極めて困難であり、超小型モータ、ロボット等の関節、航空機のアクチュエータ及び小型アンテナの角度検出等への適用は極めて困難であった。

また、前述のＶＲ型レゾルバにおいては、各磁極のスロット歯幅が小さいために、電気精度との関係上、その厚さは１０ミリ程度が限界であった。

本発明によるレゾルバは、内方に突出する複数の磁極を所定角度毎に有する輪状ステータと、前記各磁極に設けられ励磁コイル及び出力コイルからなるステータコイルと、前記輪状ステータの内側に設けられたロータコアとを設け、前記ロータコアの偏心回転により前記各磁極の内周面と前記ロータコアの外周面間のギャップパーミアンスが変化するようにしたレゾルバにおいて、前記輪状ステータの直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリ、前記ロータコアの厚さを前記輪状ステータの厚さよりも薄くした構成であり、また、前記ロータコアの厚さは２ミリとし、前記ロータコアには中心穴がない構成であり、また、前記ロータコアの厚さは２ミリとし、前記ロータコアには中心穴がある構成であり、また、前記磁極に形成され円周方向に沿って舌片状に延設された舌片からなるスロット歯幅は、２０°から４０°である構成であり、また、前記輪状ステータに設けられた前記ステータコイルの軸方向の厚さは、８ミリよりなる構成である。

本発明によるレゾルバは、以上のように構成されていたため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、輪状ステータの直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリとし、ロータコアの厚さを輪状ステータの厚さよりも薄くしたことにより、超小型でかつ超薄型のレゾルバを得ることができ、省スペース、低コスト化により超小型モータの回転検出、ロボット等の関節などスペースのない部分での角度検出、航空機等の小型アクチュエータの角度検出、小型アンテナの角度検出を容易に行うことができる。

本発明は、輪状ステータの直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリとし、小径が極力薄型で、かつ、部品点数が少なく高精度としたレゾルバを得ることを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるレゾルバの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図１及び図２において符号２で示されるものはレゾルバであり、このレゾルバ２の輪状ステータ１２の内面１２ａには複数（本形態では４個）の磁極１０が所定の角度間隔でかつ内方へ向けて一体に突出して形成されている。

前記各磁極１０の内端には、円周方向に沿って両方向に延設された舌片１０ａが一体に形成されており、この各舌片１０ａの両端間の間隔がその磁極１０のスロット歯幅αを形成している。

前記輪状ステータ１２の内面１２ａの内側には、ロータコア１３が偏心して回転できるように配設されており、このロータコア１３の外周面１３ａと磁極１０の内周面１０Ａとの間のギャップによるギャップパーミアンスが前記ロータコア１３の回転によって変化するように構成されている。

すなわち、図１のロータコア１３の停止位置において、０°と１８０°位置ではギャップＧ１とＧ３が１／２の状態、９０°位置のギャップＧ２が最小状態、２７０°位置のギャップＧ４が最大状態となる。

前記輪状ステータ１２の各磁極１０に巻回されたステータコイル２０は、図示していないが、一次コイルとしての励磁コイル２０ａ、二次ＳＩＮ相および二次ＣＯＳ相コイルからなる出力コイル２０ｂからなるステータコイル２０が巻回されている。

前記輪状ステータ１２は、図２で示されるように複数のステータ片を転積した積層型で形成（積層型でなく一体型でも可）され、前記ロータコア１３は、図２で示されるように前述の積層型で形成され、前記一体型でも可である。
また、前記ロータコア１３は、その軸心位置に中心穴１３Ａが形成され、輪状に構成され回転軸等を取付けやすく構成されているが、磁気的には中心穴１３Ａがない方が出力コイル２０ｂからの出力信号のゲインが高くなるように構成することができる。

前述の図１及び図２で示されるレゾルバ２は、実際に製作するための実機モデルとしては、図３及び図４で示される構成となる。
すなわち、図３の場合、輪状ステータ１２の直径が２５ミリ、厚さが５ミリ、ステータコイル２０を含めた厚さが８ミリ、ロータコア１３の厚さが２ミリ、中心穴１３Ａの径が１０ミリとして製作した結果、各種機器への取付けも容易に行われ、出力信号も良好な結果を得ることができた。尚、輪状ステータ１２の厚さ５ミリ及びロータコア１３の厚さ２ミリ以下では、電気的な特性が取りにくく、機械的な特性も限界であることが判明した。

また、図３のレゾルバ２の直径２５ミリは、輪状ステータ１２の電気・機械的な小径化の下限であり、これ以下では、本発明の構成によるレゾルバの加工等は困難であり、電気的な特性を確保することも困難である。
また、図４は図３と同様に実機化した構成のレゾルバ２の輪状ステータ１２が５０ミリの直径を有する構成であり、輪状ステータ１２のスペックは図３の場合と同様で、中心穴
１３Ａの寸法のみが大径化している。尚、直径５０ミリ以上では、従来のレゾルバでも使用可の場合が多く、薄形化の場合は５０ミリ以下が好適である。

図５は、図１のレゾルバ２を拡大して示しているが、４スロットタイプの輪状ステータ１２を用い、前記磁極１０の舌片１０ａの径方向の厚さは０．７ミリが好適で、ロータコア１３の偏心量は０．７ミリ、ロータコア１３と磁極１０の舌片１０ａの内周面１０Ａとの間の最大ギャップ値が２．１ミリである。また、前述の偏心量及びギャップの値は、２相出力を得るためには、これらの値が最小としての限界であり、この偏心量以下では十分な出力信号を得ることが困難であった。

図６は１２スロットタイプの輪状ステータ１２を用いたレゾルバ２の構成を示している。
図７から図８の構成は、４スロットタイプのレゾルバ２のロータコア１３の回転状態を示すもので、図７はロータコア１３が０°位置、図８はロータコア１３が９０°位置、図９はロータコア１３が１８０°位置、図１０はロータコア１３が２７０°位置の状態を示している。
また、図１１から図１４は、前述の図７から図１０の回転と同じ回転状態における１２スロットの構成の場合を示している。

次に、前述の図１に示すレゾルバ２を用いて輪状ステータ１２とロータコア１３間のギャップ変動を検出してsin波とcos波の２相出力を出力コイル２０ｂから取り出す原理について述べる。まず、
Ｘ軸とＹ軸はステータの中心０_０を通っている。ロータの中心０_１はステータの中心０_０として半径δの円周上を回転するものとする。（図１５参照）
ここにステータの中心０_０を中心としてロータの中心０_１がθ回転したものとする。
ロータ円周上に任意の点Ｐをとり直線Ｐ−０_１を定め、その延長線とロータコア外径、輪状ステータ内径との交点をＰ，Ｑ，Ｐ’，Ｑ’とすると、次の数１の(1)〜(9)式の通りである。

すなわち、(8)，(9)式においてsin(α)は定数であるから、(０°，１８０°)，(９０°，２７０°)の位置で偏心させたロータコアのギャップの差を検出することによってsin波とcos波が取り出せることがわかる。
また、(8)，(9)式はsin波とcos波の振幅はsin（α）に比例して変化することを示している。
ここにαはスロット歯幅である。αを変化させた時の出力の解析値を図１６に示す。
図１７に示されているように(０°，１８０°)，(９０°，２７０°)の位置に設置された出力巻線に（8），（9）式に示されるsin波とcos波が出力されている。
また、図１６よりスロット歯幅αを変化させた時の出力の解析値の変化はsin（α）に比例して変化していることがわかり、所定レベル以上の出力を得るために好適なスロット歯幅αは２０°から４０°の範囲である。
以上のように理論値と解析値は一致していることが確認できた。

尚、前述の図１で示されるレゾルバ２の結線図は、図１９で示される通りであり、励磁コイル２０ａがＲ１，Ｒ２、出力コイル２０ｂがＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４より構成され、ロータコア１３の偏心回転により出力コイル２０ａから出力される２相出力である出力電圧曲線及び出力電圧方程式は図１８に示される通りである。

本発明は、レゾルバだけではなく、シンクロにも適用可能である。

本発明によるレゾルバを示す構成図である。図１の断面図である。図１のレゾルバの実機モデルを示す説明図である。図３の径大タイプの説明図である。図１の拡大構成図である。図５の１２スロットタイプの構成図である。図１のレゾルバの０°位置の説明図である。図７の９０°位置の説明図である。図７の１８０°位置の説明図である。図７の２７０°位置の説明図である。図１のレゾルバの１２スロットタイプの０°位置を示す説明図である。図１１の９０°位置を示す説明図である。図１１の１８０°位置を示す説明である。図１１の２７０°位置を示す説明図である。本発明のレゾルバのギャップ変動によるsin波とcos波の取り出しの原理を示す説明図である。本発明におけるスロット歯幅αを変化させた時の出力の解析値の変化と理論値との比較を示す特性図である。本発明におけるスロット歯幅と出力との関係を示す特性図である。本発明のレゾルバの出力電圧曲線と出力電圧方程式を示す説明図である。本発明によるレゾルバのステータコイルの結線を示す構成図である。従来のレゾルバを示す半断面図である。図２０の平面図である。

符号の説明

２レゾルバ
１０磁極
１０ａ舌片
１０Ａ内周面
１２輪状ステータ
１３ロータコア
１３Ａ中心穴
１３ａ外周面
２０ステータコイル
２０ａ一次コイル（励磁コイル）
２０ｂ出力コイル
Ｇ１〜Ｇ４ギャップ
α スロット歯幅

Claims

内方に突出する複数の磁極(10)を所定角度毎に有する輪状ステータ(12)と、前記各磁極(10)に設けられ励磁コイル(20a)及び出力コイル(20b)からなるステータコイル(20)と、前記輪状ステータ(12)の内側に設けられたロータコア(13)とを設け、前記ロータコア(13)の偏心回転により前記各磁極(10)の内周面(10A)と前記ロータコア(13)の外周面(13a)間のギャップパーミアンスが変化するようにしたレゾルバにおいて、
前記輪状ステータ(12)の直径を２５ミリから５０ミリとし、厚さを５ミリ、前記ロータコア(13)の厚さを前記輪状ステータ(12)の厚さよりも薄くしたことを特徴とするレゾルバ。
前記ロータコア(13)の厚さは２ミリとし、前記ロータコア(13)には中心穴(13A)がないことを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
前記ロータコア(13)の厚さは２ミリとし、前記ロータコア(13)には中心穴(13A)があることを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
前記磁極(10)に形成され円周方向に沿って舌片状に延設された舌片(10a)からなるスロット歯幅(α)は、２０°から４０°であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のレゾルバ。
前記輪状ステータ(12)に設けられた前記ステータコイル(20)の軸方向の厚さは、８ミリよりなることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のレゾルバ。