JP2007285856A - Rotation angle detecting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ティースを有する鉄心で構成され、励磁巻線と出力巻線とを有する固定子および突極を有する回転子を備えた回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detecting device including a stator having an exciting winding and an output winding, and a rotor having a salient pole, which is composed of an iron core having teeth.
従来の回転角度検出装置においては、外部磁界の影響によって出力巻線に誘起電圧が生じ、検出角度の精度が低下するという問題があった。この問題を解決するため、出力巻線の巻数を工夫して対策している例がある(例えば、特許文献1)。3個以上並ぶ固定子磁極に卷回される出力巻線の出力電圧の極性が同一となるように卷回された出力巻線を1グループとし、全ての出力巻線を2以上の偶数個のグループに分け、隣り合うグループの出力電圧の極性が互いに異なるように出力巻線がそれぞれ直列に接続されている回転角度検出装置では、固定子の中心に対して互いに対向する位置にある出力巻線間で外部磁界の影響が互いに打ち消し合うことが示されている。 In the conventional rotation angle detection device, there is a problem that an induced voltage is generated in the output winding due to the influence of the external magnetic field, and the accuracy of the detection angle is lowered. In order to solve this problem, there is an example in which the number of turns of the output winding is devised (for example, Patent Document 1). A group of output windings wound so that the polarity of the output voltage of the output windings wound around three or more aligned stator magnetic poles is the same, and all output windings are an even number of two or more. In the rotation angle detector in which the output windings are connected in series so that the polarities of the output voltages of the adjacent groups are different from each other in the group, the output windings at positions facing each other with respect to the center of the stator It is shown that the effects of external magnetic fields cancel each other.
このような回転角度検出装置にあっては、出力極対数が奇数の場合には外部磁界による誘起電圧が打ち消されないため、外部磁界の影響を受けて検出精度が低下するという課題があった(特許文献1における段落番号[0035]から[0039]の記載)。 In such a rotation angle detection device, when the number of output pole pairs is an odd number, the induced voltage due to the external magnetic field is not canceled out, so that there is a problem that the detection accuracy is reduced due to the influence of the external magnetic field ( (Description of paragraph numbers [0035] to [0039] in Patent Document 1).
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、出力極対数が奇数であっても外部磁界の影響を低減し、回転角度の検出精度が高い回転角度検出装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a rotation angle detection device that reduces the influence of an external magnetic field and has high rotation angle detection accuracy even when the number of output pole pairs is an odd number. Is.
この発明に係る回転角度検出装置においては、
内周の周方向に複数個のティースを配置した鉄心並びに前記ティースに巻回された励磁巻線及び出力巻線で構成された固定子と、
外周に突き出た複数個の突極を周方向に有する回転子とを備えた回転角度検出装置において、
前記ティースの個数をQ、
前記回転子の回転軸から外周へ延ばした角度基準線に対して順次配置された前記ティースをi番目と定義し、
前記角度基準線とティースの周方向中心線とのなす角度をθi〔rad〕、
i番目ティースに巻回された前記出力巻線の巻き方向が第一の巻き方向である場合には正数に、前記第一の巻き方向とは逆向きの巻き方向である場合には負数にした前記出力巻線の巻数をNi、
前記角度基準線と外部磁界の方向とのなす角度をα〔rad〕、
前記巻数Niの絶対値の最大値をNmaxとしたとき、
前記出力巻線の極対数を奇数とし、
前記角度α=0〜2π〔rad〕の範囲における
In the rotation angle detection device according to the present invention,
A stator composed of an iron core in which a plurality of teeth are arranged in the circumferential direction of the inner circumference, an excitation winding and an output winding wound around the teeth,
In the rotation angle detection device comprising a rotor having a plurality of salient poles protruding in the circumferential direction in the circumferential direction,
Q is the number of teeth.
The teeth arranged sequentially with respect to the angle reference line extending from the rotation axis of the rotor to the outer periphery are defined as i-th,
An angle formed by the angle reference line and the circumferential center line of the teeth is θi [rad],
When the winding direction of the output winding wound around the i-th tooth is the first winding direction, it is a positive number, and when it is the winding direction opposite to the first winding direction, it is a negative number. The number of turns of the output winding is Ni,
An angle formed between the angle reference line and the direction of the external magnetic field is α (rad),
When the maximum value of the absolute value of the number of turns Ni is Nmax,
The number of pole pairs of the output winding is an odd number,
In the range of the angle α = 0 to 2π [rad].
この発明によれば、ティースの出力巻線を所定の巻き方にすることによって、出力極対数に対する制約無く外部磁界の出力電圧への影響を低減することができるので、出力巻線の極対数が奇数である回転角度検出装置の検出精度が向上するという効果を奏するものである。 According to the present invention, the influence of the external magnetic field on the output voltage can be reduced without restricting the number of output pole pairs by setting the output winding of the teeth in a predetermined manner. There is an effect that the detection accuracy of the rotation angle detection device which is an odd number is improved.
実施の形態1.
外部磁界が回転角度検出装置の出力巻線の出力電圧へどのような影響を与えるかについて説明する。図1は、外部磁界が回転角度検出装置を通過する様子を描いた図である。図1において、簡単のため外部磁界100は一様な平行磁界であるとし、外部磁界100の中に置かれた回転角度検出装置の固定子鉄心101には周方向にティース102が設けられ、ティース102に出力巻線103が巻き回されている。図1では簡単のために回転角度検出装置の回転子は省略し、固定子鉄心101と出力巻線103のみを示している。なお、図1ではティース102の数Qが20である例を示している。
How the external magnetic field affects the output voltage of the output winding of the rotation angle detection device will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which an external magnetic field passes through a rotation angle detection device. In FIG. 1, the external
図1における外部磁界100の影響を見積もるために、各ティース102における鎖交磁束を計算する。図1において角度基準線110を設定し、この角度基準線110と外部磁界100の方向とのなす角度112をα〔rad〕とする。また、周方向に順次配置されたティース102の中で角度基準線110から反時計回りにi番目のティース104の周方向中心線であるi番目のティースの基準線111と角度基準線110とのなす角度113を角度θi〔rad〕とし、i番目のティース104に巻き回す出力巻線103の巻数をNiとする。ただし、巻数Niは、当該出力巻線103の巻き方向が、第一の巻き方向である場合は正とし、当該出力巻線103の巻き方向が第一の巻き方向と逆向きの第二の巻き方向である場合は負となるように、巻数に(−1)を乗じた値をNiの値とする。したがってi番目ティース104に巻回された出力巻線103の巻き方向が第一の巻き方向である場合には正数に、第一の巻き方向とは逆向きの巻き方向である場合には負数となる。ここで、角度基準線110は、図1のように回転子の回転軸から外周へ延ばした線である。
In order to estimate the influence of the external
このとき、平行かつ一様な外部磁界100とi番目の出力巻線103の鎖交磁束φiは次に示す式(1)のように表現することができる。
At this time, the parallel and uniform external
式(5)はティース102が周方向に等間隔に配置されている場合であるから、一般的には、式(2)の右辺の絶対値である次に示す式(6)を外部磁界100の影響を示すパラメータとして定義することができる。
Since the formula (5) is a case where the
次に外部磁界100が、式(5),(6)のパラメータに与える影響について考察する。図1の外部磁界100が加わったときに、回転角度検出装置の回転子と固定子101との間の空隙部分には空間1次の磁束分布が現れ、外部磁界100による各ティース102の出力巻線103の鎖交磁束は(Niが一定の場合の)式(1)のように空間1次の正弦波のような分布で変化することになる。
Next, the influence of the external
この空間1次の正弦波のような分布と同じになるように、1番目からQ番目までのティースの出力巻線103の巻数Niが変化した場合に、外部磁界100による出力巻線103の鎖交磁束が最も大きくなり、外部磁界100の影響を受けやすいと考えられる。
そこで、|Ni|の最大値を振幅とし、空間一次の正弦波状に巻数Niが変化する場合について、式(5)のパラメータを計算してみる。|Ni|の最大値をNmaxとしたとき、i番目のティース104の巻数Niは、次に示す式(7)となる。
When the number of turns Ni of the
Therefore, when the maximum value of | Ni | is used as the amplitude and the number of turns Ni changes in a spatial first-order sine wave, the parameter of Equation (5) is calculated. When the maximum value of | Ni | is Nmax, the number of turns Ni of the i-th tooth 104 is expressed by the following equation (7).
図2は、横軸に式(5)、式(6)の値、縦軸に鎖交磁束(正規化している)をとったときの両者の関係を図示するものである。例えば、外部磁界100の影響を半分程度にしたいのであれば、Q×Nmax/4より小さくすればよく、1/10程度にしたいのであればQ×Nmax/20より小さくすればよい。また、ほとんど外部磁界100の影響を受けない回転角度検出装置を構成したい場合には、式(5),(6)の値が零となるように巻数Niを設定すればよい。
FIG. 2 illustrates the relationship between the values of Equations (5) and (6) on the horizontal axis and the linkage flux (normalized) on the vertical axis. For example, if it is desired to reduce the influence of the external
以上のような構成にすることで、回転角度検出装置の外部から侵入する磁場が出力電圧へ与える影響を低減することができるので、結果として回転角度検出装置の検出精度が向上するという効果を奏することができる。 With the configuration as described above, it is possible to reduce the influence of the magnetic field entering from the outside of the rotation angle detection device on the output voltage, and as a result, the detection accuracy of the rotation angle detection device is improved. be able to.
図1では平行磁界の場合を示したが、厳密に平行な磁界でない場合でも同様の効果があることは言うまでもない。また、上記の構成にすると角度α112の値によらず、式(5),(6)値がQ×Nmax/2よりも小さくなる。これは外部磁界100の向きによらず、影響が小さいということを示している。よって本発明によれば、外部磁界100の向きにほとんど依存することなく高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
Although FIG. 1 shows the case of a parallel magnetic field, it goes without saying that the same effect can be obtained even when the magnetic field is not strictly parallel. Further, with the above configuration, the values of equations (5) and (6) become smaller than Q × Nmax / 2 regardless of the value of the angle α112. This indicates that the influence is small regardless of the direction of the external
以上のように、本実施の形態によれば、出力巻線103の巻き方を所定の巻数、巻き方向とすることで、出力巻線103の極対数が奇数となる場合にも、外部磁界100の影響を少なくできるので、高精度な回転角度検出装置を得ることができる。特に式(5),(6)は出力巻線103の極対数が奇数の場合にも、外部磁界100の影響を少なくでき、出力巻線103の極対数が奇数の回転角度検出装置を高精度する効果がある。
As described above, according to the present embodiment, the external
実施の形態2.
図3は、この発明を実施するための実施の形態2における回転角度検出装置の固定子を示すものである。図3において、固定子にはティース102が配置された固定子鉄心101と出力巻線103が設けられている。なお、図3では、簡単のために、励磁巻線、並びに固定子鉄心101と励磁巻線の間及び出力巻線間の絶縁物などは省略している。また、回転角度検出装置は、突極を有する回転子を有するが、図3では省略している。
FIG. 3 shows a stator of a rotation angle detection device according to
固定子に設けられたティース102には、それぞれ出力巻線103が巻き回されているが、この巻数を示したのが図4である。図4の左側列はティース102の番号iであり、周方向に順に採番し、本実施の形態のティース102の数は24であるので、Q=24となる。図4の右側は出力巻線103の巻数Ni(i=1,2,…,24)が示されている。巻数Niの正負は巻き方向が互いに逆であることを示している。図5は、この巻数Niを縦軸にとり、ティース番号を横軸とったグラフである。
ティース102が配置されている周方向の間隔が等間隔であるとしたとき、この巻数Niについて式(5)の値を計算したところ、図6のようになった。角度α112の値にかかわらず、3.0未満の値となり、Q×Nmax/2=1200よりも十分小さい値となっている。
An output winding 103 is wound around each of the
Assuming that the circumferential interval at which the
上述したように、式(5)の値がQ×Nmax/2よりも小さければ、外部磁界100の影響を受けにくい。
図7は、上記巻線の外部磁界100の影響を調べ、従来例と比較したグラフである。従来例は、空間1次の正弦波状の巻数分布を持つものである。図7の横軸は、外部磁界100の侵入角度であり、縦軸は、外部磁界100によって出力巻線103に鎖交する鎖交磁束数を示している。なお、縦軸は、従来例の最大値が100%となるように正規化している。
図7より、従来例では外部磁界100の侵入角度によって鎖交磁束が変化している。従来例では、ある向き(この例では10度付近)の外部磁界100については鎖交磁束が零となり影響がないが、別の向き(この例では100度付近)では鎖交磁束が最大となる。このような回転角度検出装置は、備え付ける配置や向きにより、ノイズなどによる外部磁界100の影響が大きくなり、検出精度が悪化する。
As described above, if the value of the equation (5) is smaller than Q × Nmax / 2, it is difficult to be influenced by the external
FIG. 7 is a graph comparing the effect of the external
From FIG. 7, in the conventional example, the flux linkage changes depending on the penetration angle of the external
他方、本実施の形態では、外部磁界100が進入する向きにより鎖交磁束は変化するが、従来例の値より十分小さく、外部磁界100の影響をほとんど受けていないことが図7より確認できる。従来例と本実施の形態の鎖交磁束の最大値をグラフ上に示したのが図8である。従来例を100%としたとき、本実施の形態では3%程度と非常に小さくなっている。
On the other hand, in the present embodiment, the interlinkage magnetic flux changes depending on the direction in which the external
以上のように、上述の平行な外部磁界100の影響を示すパラメータである式(5)のG(α)の値をQ×Nmax/2よりも十分小さい値としたので、任意の進入角度の外部磁界100による出力巻線103の鎖交磁束が十分小さくなり、外部磁界100の影響を受けにくく、検出精度の高い回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
As described above, the value of G (α) in Equation (5), which is a parameter indicating the influence of the parallel external
実施の形態3.
図9の回転角度検出装置は、固定子のティース102の数が20(Q=20)であり、回転子105の突極の数が7の例である。ただし、この図では巻線は簡単のため1相分の出力巻線103のみを示し、複数相の出力巻線で構成される場合における他の相の巻線や励磁巻線は省略している。また、励磁巻線は図示しないが、極対数が5になるように巻き回されている。例えば巻数Niが、50,50,−50,−50のパターンを5回繰り返した巻数とすればよい。回転子105の突極数M、励磁巻線の極対数をLとしたとき、出力巻線103の極対数を|L±M|とすれば回転角度検出装置として機能する。ここでは|L-M|=|5−7|=2とした。
The rotation angle detection apparatus of FIG. 9 is an example in which the number of
図10は出力巻線103の巻数Niを示した図である。図10の左側はティース番号iであり、周方向に順に採番されている。図10の右側は出力巻線103の巻数Niを巻き方向も考慮して示している。図11は、この関係を縦軸に出力巻数Ni、横軸にティース番号iをとったグラフを図示したものである。この出力巻線103の例では、5個並ぶティース102に巻き回された出力巻線が1グループとなり、計4個のグループで構成される巻線である。また、各グループ内の出力巻線103は極性が異なる(巻線の巻く方向が異なる)巻線が含まれている。例えばティース番号1−5のグループでは、ティース番号2,3,4の出力巻線の極性が正(巻線の巻き方向が一の方向である第一の巻き方向)であり、ティース番号1,5の出力巻線の極性が負(巻線の巻き方向が第一の巻き方向と逆の第二の巻き方向)となっている。なお、隣り合うグループの巻数は巻き方向が互いに逆方向になっている。
FIG. 10 is a diagram showing the number of turns Ni of the output winding 103. The left side of FIG. 10 is a tooth number i, which is sequentially numbered in the circumferential direction. The right side of FIG. 10 shows the number of turns Ni of the output winding 103 in consideration of the winding direction. FIG. 11 is a graph showing this relationship with the output winding number Ni on the vertical axis and the tooth number i on the horizontal axis. In the example of the output winding 103, the output windings wound around the five
このような巻線において、式(5)の値を計算すると零となる。この値はQ×Nmax/2=1000よりも十分小さい値となる。このような巻線分布の回転角度検出装置は、既に述べたとおり、外部磁界100の影響をほとんど受けない。以上のように、出力極対数が奇数の回転角度検出装置においても、外部磁界100の影響を低減することができる。
In such a winding, the value of equation (5) is calculated to be zero. This value is sufficiently smaller than Q × Nmax / 2 = 1000. Such a winding distribution rotation angle detection device is hardly affected by the external
以上述べた本実施の形態の巻線に限らず、式(5)の値がQ×Nmax/2よりも十分小さければ、外部磁界100の影響をほとんど受けることがないので、出力巻線103の極対数が偶数であるか、奇数であるかによらず、高精度な回転角度検出装置を得ることができる。
Not only the winding of the present embodiment described above, but if the value of the equation (5) is sufficiently smaller than Q × Nmax / 2, it is hardly affected by the external
実施の形態4.
図12はティース102の数が10(Q=10)、回転子105の突極の数Mを8とした回転角度検出装置の例である。図12は、1相の励磁巻線106及び2相の出力巻線を有する回転角度検出装置を示している。2相の出力巻線は、出力巻線1:107及び出力巻線2:108として図に示している。励磁巻線106と出力巻線1:107と出力巻線2:108との巻数Niを図13に示す。励磁巻線106は、極対数Lが5となるように巻き回されている。出力巻線1:107及び出力巻線2:108については、|L−M|=3に基づいて設定され、出力巻線1:107及び出力巻線2:108の巻数Niは、式(5)をα=0〜2π〔rad〕の範囲で変化させて計算したG(α)の値の最大値が、Q×Nmax/2=10×60/2=300よりも十分小さい値となるように設定している。
ここで、図15は、式(5)の値を角度α112に対して描いた図である。図15より、出力巻線1:107に関する式(5)の値は0.2未満、出力巻線2:108に関する式(5)の値は0.15未満の値をとるため、Q×Nmax/2=300に対して十分小さく設定していることがわかる。既に述べたように、このような出力巻線の巻数Niを設定しておけば、いかなる方向を持つ外部磁界100であっても、外部磁界100による各ティース102の出力巻線の鎖交磁束の総和を非常に小さくできるため、位置検出精度が高い回転角度検出装置を得ることができる。
FIG. 12 shows an example of a rotation angle detection device in which the number of
Here, FIG. 15 is a diagram in which the value of Expression (5) is drawn with respect to the angle α112. From FIG. 15, since the value of the expression (5) regarding the output winding 1: 107 is less than 0.2 and the value of the expression (5) regarding the output winding 2: 108 is less than 0.15, Q × Nmax It can be seen that it is set sufficiently small with respect to / 2 = 300. As already described, if the number of turns Ni of the output winding is set, the magnetic flux linkage of the output windings of the
また、上記の例は励磁巻線106が10個の巻線が直列に接続された構成であったが、この構成に限るものではない。例えば、他の実施の形態として、図14に示すように、励磁巻線106が励磁巻線1と励磁巻線2の2つの巻線で構成され、それぞれ並列接続される構成であっても良く、この場合も本実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、励磁巻線は1相でなく多相でもよく、出力巻線も1相でも、複数相でも同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the above example, the excitation winding 106 has a configuration in which ten windings are connected in series. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, as another embodiment, as shown in FIG. 14, the excitation winding 106 may be composed of two windings of the excitation winding 1 and the excitation winding 2, and each may be connected in parallel. In this case, the same effect as in the present embodiment can be obtained. Further, it is needless to say that the excitation winding may be multiphase instead of one phase, and the same effect can be obtained even if the output winding is one phase or plural phases.
本実施の形態によれば、|L±M|が奇数となる回転角度検出装置においても、出力巻線を所定の巻き方とすることで、外部磁界100の影響を少なくできるので、励磁巻線106の極対数、回転子105の突極数又は出力巻線の極対数によらず高精度な回転角度検出装置を得ることができる。
According to the present embodiment, even in the rotation angle detection device in which | L ± M | is an odd number, the influence of the external
なお、本実施の形態における図13の出力巻線2には巻数Niが零のティースが含まれている。出力巻線の製造工程において、巻線を自動で行うには、ノズルが各ティース102を移動して巻線を施す。全てのティース102に巻線が施されていると、全てのティース102においてノズルの位置決めをしなければならず、巻線に時間を要する。しかし本実施の形態のように巻数Niが零のティースがあれば、巻線に要する時間を短縮することができるので、巻線作業の効率を向上できるという効果がある。本実施の形態によれば、巻数が零となるティースを少なくとも1つ有するので、巻線性が向上し、生産性が向上するという効果がある。
Note that the output winding 2 of FIG. 13 in the present embodiment includes teeth having a number of turns Ni of zero. In the manufacturing process of the output winding, in order to automatically perform the winding, the nozzle moves each
また、本実施の形態はティース102の数が10と少ない。特許文献1の図1の場合はティースの数が20と多いが、本実施の形態はティース102の数が従来例の半分であっても外部磁界100の影響をほとんど受けない回転角度検出装置を得ることができる。ティース102の数が少ないと巻線性が向上するため生産コストを低減することができる。従って本実施の形態によれば、従来例よりもティース102の数が少なくても、外部磁界100の影響が小さい回転角度検出装置を得ることができる。巻線性が向上し、生産性が向上するという効果がある。
In the present embodiment, the number of
なお、ティース102の数が少ないと、個々のティース102の外部磁界100による鎖交磁束が出力巻線全体の鎖交磁束に占める割合が大きくなる。そのため、ティース102の少ない場合には、巻数の配置が適切でなければ外部磁界100の影響を受け易くなる。しかし、本実施の形態によれば、ティース102の数が6以上、10以下の少ない数のティースの回転角度検出装置においても外部磁界100の影響をほとんど受けない構成が実現できるという効果がある。
When the number of
実施の形態5.
本実施の形態5は、L±Mの絶対値が奇数となる場合の回転角度検出装置における出力巻線の巻数Niの決め方についての実施の形態である。
The fifth embodiment is an embodiment regarding how to determine the number of turns Ni of the output winding in the rotation angle detection device when the absolute value of L ± M is an odd number.
図16は、出力巻線の巻数Niの決め方の処理フローを示すフローチャートである。ステップ1601は、固定子のティース102を2つの領域に分割する。図25は、この分割の例として、合計10個のティース102をティース5個の領域1と領域2とに分割する例を示す図であり、縦軸は巻数Ni、横軸はティース番号を示す。
FIG. 16 is a flowchart showing a processing flow for determining the number of turns Ni of the output winding. Step 1601 divides the
ステップ1602は、1つの領域について巻数Niのパターンを構築する。このとき、極性の異なる(符号の異なる)巻数Niを混在させる。また、極性を考慮した巻数Niの合計が零にならないように巻数Niを配置する。図25のグラフは、このステップ1602により巻数Niのパターンを構築した例であり、領域1の巻数Niをグラフ表示したものである。図25に示す例では、領域1は正及び負の巻数Niが混在し、かつ巻数Niの合計が60と零ではない。図27のグラフは、ステップ1602に巻数Niのパターンを構築した他の例である。図27においても、領域1では正及び負の巻数Niが混在し、かつ巻数Niの合計が44と零ではない。
このとき領域1以外のティース102の巻数が零と考えれば、式(6)のF(α)の最大値Fmaxが零となる。ただし、全ての場合についてFmaxが零になるわけではないが、この領域内で極性の異なる巻数Niを混在させる、または巻数Niを調整することによって非常に小さい値にできる。図25の例ではFmaxが0.092であり、図27の例では零となる。
At this time, if the number of turns of the
ステップ1603は、領域1の1番目のティースから回転軸周りに180度回転した位置に、領域1の巻数Niのパターンと同じパターンを極性を反転させて配置する。図26は、図25の領域1の巻数Niのパターンが極性を反転されて領域2に配置された例である。また、図20は、図27の領域1の巻数Niのパターンが極性を反転させて領域2に配置された例である。このようにすれば、領域1と同じ巻数Niのパターンの繰り返しとなるので、式(6)のF(α)の最大値Fmaxが零となる。ただし、領域1でFmaxが0にならない場合は、極性の異なる巻数Niを混在させる、または巻数Niを調整することによってFmaxを小さい値にできる。例えば、図26の例ではFmaxが0.183、図27の例ではFmaxが零となる。このように上記処理フローによって、外部磁界100からの影響を表すFmaxを小さくできるので、外部磁界100の影響を受けにくい巻数Niを得ることができる。
なお、上記処理フローに従って決定された巻数Niから多少ずれたとしても、外部磁界100に対しては同様の効果が得られることは言うまでもない。また、全ティース102における巻数Niの分布が同じであれば、上記処理フローに従って決定されたものでなくとも同様の効果が得られる。
Step 1603 arranges the same pattern as the pattern of the number of turns Ni in the
Needless to say, the same effect can be obtained with respect to the external
実施の形態6.
上述の実施の形態5は、L±Mの絶対値が奇数となる場合であったが、本実施の形態は、L±Mの絶対値が偶数の場合の回転角度検出装置における出力巻線103の巻数Niの決め方についての実施の形態である。
図21は、L±Mの絶対値が偶数の場合の出力巻線103の巻数Niを決める処理フローを示すフローチャートである。
In the fifth embodiment described above, the absolute value of L ± M is an odd number. However, in the present embodiment, the output winding 103 in the rotation angle detection device when the absolute value of L ± M is an even number. This is an embodiment of how to determine the number of turns Ni.
FIG. 21 is a flowchart showing a processing flow for determining the number of turns Ni of the output winding 103 when the absolute value of L ± M is an even number.
ステップ1601は、固定子のティース102を2つの領域に分割する。図22は、合計20個のティース102を有する回転角度計測装置の各出力巻線103の巻数Niを示すグラフであり、ステップ1601によって、連続した10個のティース102を有する2つの領域、領域1と領域2とに分割された例である。
Step 1601 divides the
ステップ2102は、領域1について巻数Niのパターンを構築する。このとき、極性の異なる巻数Niを混在させる。また、領域内の極性を考慮した巻数Niの合計が零になるように巻数Niを配置する。
Step 2102 builds a pattern of turns Ni for
ステップ2103は、領域1の1番目のティースから回転軸周りに180度回転した位置に、領域1の巻数Niのパターンと同じ巻数Niのパターンを配置する(極性、巻き方向は領域1のパターンと同じ)。図23は、図22の領域1の巻数Niのパターンが極性をそのままに領域2に配置された例である。このようにすれば、領域1と同じ巻数パターンの繰り返しとなるので、式(6)のF(α)の最大値Fmaxが零となる。このFmaxが零となるのは、領域1と領域2とは同じ巻数Niのパターンであって、cos(θi−α)の値はi=1〜Q/2(領域1)とi=Q/2+1〜Q(領域2)、上式右辺において、i=1〜Q/2の和(領域1の和)とi=Q/2+1〜Qの和(領域2の和)は絶対値が同じで符号の異なる値となるからである。
以上のように、上記処理フローによって、外部磁界100からの影響を表すFmaxを小さくできるので、外部磁界100の影響を受けにくい出力巻線103の巻数Niを得ることができる。
上記処理フローに従って決定された巻数から多少ずれても、外部磁界100に対しては同様の効果が得られる。なお、全ティース102における出力巻線103の巻数Niの分布が同じであれば、上記処理フローに従って決定されたものでなくとも同様の効果が得られる。
As described above, Fmax representing the influence from the external
Even if there is a slight deviation from the number of turns determined according to the above processing flow, the same effect can be obtained for the external
実施の形態7.
図24は、本実施の形態によるインバータ装置と一体型の構造を持つ回転電機を示す断面図である。本実施の形態は、回転角度検出装置の回転子の回転軸と回転電機の回転子の回転軸とが連動するように回転角度検出装置を設置した回転電動機に関する。図24において、回転電機は、回転軸121に固定された冷却ファン122と回転子123とを有し、モータハウジング124に固定された固定子を有する交流モータ125と、モータハウジング124の一端壁の軸方向外側に位置しモータハウジング124に固定されるインバータ装置131とを有している。インバータ装置131は、入力直流電流を交流電流に変換して交流モータ125の固定子コイル126に給電するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子132が取り付けられたヒートシンク133からなるパワー回路部134とケースに収納された制御基板135から構成される。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a rotating electrical machine having a structure integrated with the inverter device according to the present embodiment. The present embodiment relates to a rotary electric motor in which a rotation angle detection device is installed so that a rotation shaft of a rotor of the rotation angle detection device and a rotation shaft of a rotor of a rotating electrical machine are interlocked with each other. In FIG. 24, the rotating electrical machine has a cooling fan 122 and a rotor 123 fixed to a rotating shaft 121, an AC motor 125 having a stator fixed to a motor housing 124, and one end wall of the motor housing 124. And an inverter device 131 that is positioned on the outer side in the axial direction and is fixed to the motor housing 124. The inverter device 131 includes a power circuit unit 134 including a heat sink 133 and a case to which a plurality of switching elements 132 constituting an inverter circuit that converts input DC current into AC current and supplies power to the stator coil 126 of the AC motor 125 are attached. The control board 135 is housed in the control board 135.
また、前記交流モータ125の回転子に界磁電流を給電するブラシ127はパワー回路部134と軸方向において重なる位置に配置されている。
交流モータ125を駆動する際、回転子の位置情報を知る必要があり、小型化のためレイアウト上、回転角度検出装置140がパワー回路部134の近傍に配置されることがある。
図24では、回転軸121に固定された回転子145、モータハウジング124に固定された固定子141と固定子141に施された巻線143(励磁巻線、出力巻線)からなる回転角度検出装置140が図面に向かって左端付近に配置されている。
The
When the AC motor 125 is driven, it is necessary to know the position information of the rotor, and the rotation
In FIG. 24, a rotation angle detection comprising a rotor 145 fixed to the rotating shaft 121, a stator 141 fixed to the motor housing 124, and a winding 143 (excitation winding, output winding) applied to the stator 141. The
インバータ装置131にはMOSFETなどのスイッチング素子が用いられるが、スイッチング素子132の近くに回転角度検出装置140が配置された場合、スイッチング素子132が発生する磁界が回転角度検出装置140に影響を及ぼすことがある。
Although a switching element such as a MOSFET is used for the inverter device 131, when the rotation
図25,26,27は、3相について、各相(U相,V相,W相)のスイッチング素子232,232,232と回転角度検出装置140との位置関係を模式的に描いた図である。図25では回転角度検出装置140の左右と下にスイッチング素子132を配置した例である。図26は回転角度検出装置140の周辺に周方向に等間隔あるいはほぼ等間隔に配置した例である。図27はスイッチング素子233,234,235が直線状に配置された例である。このように回転角度検出装置140の周辺にスイッチング素子233,234,235が配置されていると、スイッチング素子233,234,235から発生した磁界が、回転角度検出装置140を通過する。なお、図24,25,26,27では、固定子鉄心101、ティース102、出力巻線103、回転子105、励磁巻線の符号の記載を省略している。
25, 26, and 27 are diagrams schematically illustrating the positional relationship between the switching elements 232, 232, and 232 of each phase (U phase, V phase, and W phase) and the rotation
図25,26,27の構成では、出力巻線143が上記磁界の影響を受けて検出精度が低下することがある。しかしながら、実施の形態1ないし4で述べたような巻線を施すことによって、磁界の影響を受け難くなり、検出精度が低下しない。なお、図1では簡単のため厳密な平行磁界の例を示しているが、図25,26,27では必ずしも厳密な平行磁界とはならないが、本発明で述べた出力巻線の巻数Niの設定では、厳密には平行磁界ではない外部磁界100についても同様の効果が得られる。
In the configurations of FIGS. 25, 26, and 27, the output winding 143 may be affected by the magnetic field and the detection accuracy may decrease. However, by applying the winding as described in the first to fourth embodiments, it is difficult to be affected by the magnetic field, and the detection accuracy is not lowered. FIG. 1 shows an example of a strict parallel magnetic field for simplicity, but FIGS. 25, 26 and 27 do not necessarily provide a strict parallel magnetic field, but the setting of the number of turns Ni of the output winding described in the present invention. Then, the same effect is acquired also about the external
さらに、図25,26,27の例では外部磁界100の向きが一定ではなく、様々な向きから外部磁界100が回転角度検出装置に進入する。しかし、本実施の形態によれば、既に述べたように外部磁界100の向きによることなく、出力巻線103に鎖交する磁束の総和を小さくできるため、高精度な回転角度検出が可能となる。なお、ここでは図25,26,27の配置について述べたが無論その他の配置に対しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、相数も3相に限らず1相,2相あるいは4相以上の回転電機でも同様である。
25, 26, and 27, the direction of the external
また、図24では、交流モータ125の回転子123の界磁巻線へ給電するためのブラシ127が設けられているが、回転角度検出装置140の近傍に配置されるため、このブラシに流れる電流やこの付近で発生するスイッチングノイズの影響を受けることがあるが、本発明の回転角度検出装置140ではこのような外部磁界100に対しても影響が少なく、高精度な位置検出が可能となる効果がある。
In FIG. 24, a
本実施の形態によれば、インバータ装置131の近傍に回転角度検出装置140が配置される構成においても、例えばスイッチングノイズのような外部磁界100が回転角度検出装置140の出力電圧への影響が小さくなり、回転電機の回転子回転角度を高精度に検出することができるという効果がある。また、このような回転角度検出装置140は光学式エンコーダに比べて耐環境性に優れているので、例えば車両用のモータジェネレータに関して耐環境性に優れたインバータ装置131と一体型で小形なシステムを構築できるという効果がある。
According to the present embodiment, even in the configuration in which the rotation
また、本実施の形態によれば、回転角度検出装置140の周辺、特にインバータ装置131のスイッチング素子のスイッチングノイズが回転角度検出装置の外部磁界100として影響する程近くに、インバータ装置131のスイッチング素子を配置しても、回転角度検出装置の検出精度を維持できるため、小形のシステムを構築することができるという効果がある。
Further, according to the present embodiment, the switching element of the inverter device 131 is located near the rotation
100 外部磁界、101 固定子鉄心、102 ティース、103 出力巻線、104 i番目のティース、105 回転子、106 励磁巻線、107 出力巻線1、108 出力巻線2、110 角度基準線、111 i番目のティースの基準線、112 角度α、113 角度θi、121 回転軸、122 冷却ファン、123 回転子、124 モータハウジング、125 交流モータ、126 固定子コイル、127 ブラシ、131 インバータ装置、132 スイッチング素子、133 ヒートシンク、134 パワー回路部、135 制御基盤、140 回転角度検出装置、141 固定子、143 巻線、145 回転子、233 スイッチング素子、234 スイッチング素子、225 スイッチング素子。 100 external magnetic field, 101 stator core, 102 teeth, 103 output winding, 104 i-th tooth, 105 rotor, 106 excitation winding, 107 output winding 1, 108 output winding 2, 110 angle reference line, 111 Reference line of i-th tooth, 112 angle α, 113 angle θi, 121 rotating shaft, 122 cooling fan, 123 rotor, 124 motor housing, 125 AC motor, 126 stator coil, 127 brush, 131 inverter device, 132 switching Element, 133 Heat sink, 134 Power circuit part, 135 Control board, 140 Rotation angle detector, 141 Stator, 143 Winding, 145 Rotor, 233 Switching element, 234 Switching element, 225 Switching element
Claims (7)
前記固定子に内包され、外周に突き出た複数個の突極を周方向に有する回転子とを備えた回転角度検出装置において、
前記ティースの個数をQ、
前記回転子の回転軸から外周へ延ばした角度基準線に対して順次配置された前記ティースをi番目と定義し、
前記角度基準線とティースの周方向中心線とのなす角度をθi〔rad〕、
i番目ティースに巻回された前記出力巻線の巻き方向が第一の巻き方向である場合には正数に、前記第一の巻き方向とは逆向きの巻き方向である場合には負数にした前記出力巻線の巻数をNi、
前記角度基準線と外部磁界の方向とのなす角度をα〔rad〕、
前記巻数Niの絶対値の最大値をNmaxとしたとき、
前記出力巻線の極対数を奇数とし、
前記角度α=0〜2π〔rad〕の範囲における
In a rotation angle detection device comprising a rotor contained in the stator and having a plurality of salient poles protruding in the circumferential direction in the circumferential direction,
Q is the number of teeth.
The teeth arranged sequentially with respect to the angle reference line extending from the rotation axis of the rotor to the outer periphery are defined as i-th,
An angle formed by the angle reference line and the circumferential center line of the teeth is θi [rad],
When the winding direction of the output winding wound around the i-th tooth is the first winding direction, the winding number is positive. When the winding direction is opposite to the first winding direction, the winding is negative. The number of turns of the output winding is Ni,
An angle formed between the angle reference line and the direction of the external magnetic field is α (rad),
When the maximum value of the absolute value of the number of turns Ni is Nmax,
The number of pole pairs of the output winding is an odd number,
In the range of the angle α = 0 to 2π [rad].
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