JP2007327870A - レゾルバ - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで回転角度検出誤差を低減させることができる。
【解決手段】この発明に係るレゾルバ9は、リング形状で径内側方向に突出した複数のティース30が周方向に間隔をおいて形成されたステータコア21と、各ティース30に導線が巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、ステータコア21の中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコア21との間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータ20とを備え、励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、ロータ20の回転に伴うギャップパーミアンスの変化を出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧からロータ20の回転角度を検出するレゾルバ9において、ステータコア21は、金属射出成形法により製作されている。
【選択図】図2

Description

この発明は、励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、ロータの回転に伴うギャップパーミアンスの変化を出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧からロータの回転角度を検出するレゾルバに関するものである。
従来、リング形状で径内側方向に突出した複数のティースが周方向に間隔をおいて形成されたステータコアと、各前記ティースに導線が巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、前記ステータコアの中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコアとの間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータとを備え、前記励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、前記ロータの回転に伴う前記ギャップパーミアンスの変化を前記出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧から前記ロータの回転角度を検出するレゾルバが知られている。
このものの場合、ステータコアは珪素鋼板を積層して構成されているが、珪素鋼板は若干の異方性があるので、ステータコアの磁気特性にアンバランスが生じ、回転角度検出誤差が大きくなるという問題点があった。
この誤差を低減するために、珪素鋼板を回転積層してスタータの磁気特性のアンバランスを低減させたレゾルバが知られている(例えば、特許文献1)。
特開2005−127768号公報
しかしながら、このレゾルバの場合、回転積層を行っているので、金型内で積層される珪素鋼板を回転させる回転機構が必要となり、金型構造が複雑になり、金型費用が嵩み、製造コストが高くなるという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、低コストで回転角度検出誤差を低減させることができるレゾルバを提供することを目的とする。
この発明に係るレゾルバは、リング形状で径内側方向に突出した複数のティースが周方向に間隔をおいて形成されたステータコアと、各前記ティースに導線が巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、前記ステータコアの中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコアとの間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータとを備え、前記励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、前記ロータの回転に伴う前記ギャップパーミアンスの変化を前記出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧から前記ロータの回転角度を検出するレゾルバにおいて、前記ステータコアは、金属射出成形法により製作されている。
この発明に係るレゾルバによれば、低コストで回転角度検出誤差を低減させることができる。
以下、この発明の実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1のレゾルバ9が組み込まれた電動パワーステアリング装置用モータ(以下、「モータ」と略称する)1の側断面図である。
モータ1は、有底円筒形状のフレーム2と、このフレーム2に固定された固定子3と、この固定子3の内側に回転可能に設けられた回転子6と、フレーム2の周縁部にボルト7で固定されるとともに作業用孔50を有するブラケット8と、ブラケット8に固定されたレゾルバ9とを備えている。
また、モータ1は、ブラケット8に嵌着されているとともにシャフト4を回転自在に支持したブラケット側軸受10と、フレーム2の底面の凹部に固定されているとともにシャフト4を回転自在に支持したフレーム側軸受11と、固定子3のブラケット側軸受10側の側面に固定された結線板12と、グロメット13を貫通した、各相リード線14および束ねられた複数のセンサ信号線15と、各相リード線14と結線板12とを接続する接続ベース16とを備えている。
前記固定子3は、軸線方向に延びたスロット(図示せず)が周方向に間隔をおいて形成された固定子鉄心17と、固定子鉄心17のスロットに巻装された固定子巻線18と、固定子鉄心17と固定子巻線18との間に設けられたボビン19とを備えている。
前記レゾルバ9は、シャフト4に固定された楕円形状のロータ20と、ロータ20の外周に設けられたステータコア21と、ステータコア21に導線が巻回して構成された、後で詳述する巻線とを備えている。
回転子6は、シャフト4と、このシャフト4の外周面に固定されたN磁極、S磁極からなる円筒状の磁石5とを備えている。
前記結線板12は、溝部を有するホルダ22と、各溝部に収まったU相、V相、W相の各固定子側ターミナル23と、各相の固定子側ターミナル23の先端部から接続ベース16側に延びた接続部27を備えている。この各相の固定子側ターミナル23は、固定子巻線18に接続されており、平面状に展開したときには帯状であり、各溝部に収まっているときには、円形状である。
前記接続ベース16は、埋設された雌ねじ部であるナット26と、各相の固定子側ターミナル23のそれぞれから軸線方向に挿入口から突出した接続部27を通じて接続されているとともにナット26とともにインサートモールド成形で一体化された各相の接続ターミナル28とを備えている。
この接続ターミナル28には、U相、V相、W相の各相のリード線14の端部に形成された各相のリード線側ターミナル29が重ねられ、リード線側ターミナル29の貫通孔(図示せず)と接続ターミナル28の貫通孔(図示せず)とリード線側ターミナル29の貫通孔(図示せず)を通じて雄ねじ部材であるねじ30をベース部25に螺着することで接続されている。
上記構成のモータ1では、各相のリード線14から電流が流れ、固定子巻線18には回転磁界が与えられ、回転子6は回転する。回転子6のシャフト4の回転力は、シャフト4の端部に形成されたボス35を通じてステアリング機構に伝達され、ハンドルの操舵力のアシストに供される。
また、楕円形状のロータ20の回転により、ステータコア21とロータ20との間のギャップパーミアンスが変化し、この変化を巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧は、センサ信号線15を通じて出力回路に出力され、そこで回転子6の回転角度が検知される。
次に、上記レゾルバ9の構成について詳述する。
図2はレゾルバ9の正面図、図3は図2のレゾルバ9の側面図、図4は上カバー33が除かれた図9のレゾルバ9の正面図、図5は図4のレゾルバ9の側面図である。
図6及び図7に示すステータコア21は、鉄ニッケル合金粉末を用いた金属射出成形法で製作されており、円環状で内側には、周方向に等分間隔で内径側に突出した8個のティース30が形成されている。また、両側には、ブラケット8とねじ(図示せず)により固定される耳部32が形成されている。
ステータコア21には、ティース30に樹脂製のインシュレータ34を介して導線が巻回された巻線35が装着されている。インシュレータ34の片側には、端子38を有するコネクタ36が形成されている。このインシュレータ34の上側は、巻線35及び端子38を覆った上カバー33が嵌着されている。このインシュレータ34の下側は、下カバー37が嵌着されている。
図8及び図9に示すロータ20も、ステータコア21と同じく鉄ニッケル合金粉末を用いた金属射出成形法で製作されている。このロータ20の外形は、ステータコア21とロータ20との間のギャップパーミアンスが、ロータ20の回転角度に応じて正弦波状に変化する、特殊曲線になっている。
図10は励磁巻線40のステータコア21における位置を示した図、図11はScos出力巻線43のステータコア21における位置を示し、図12はSsin出力巻線44のステータコア21における位置を示した図である。また、図13は各ティース30に導線41A,41B,41Cが巻回されて形成された励磁巻線40、Scos出力巻線43及びSsin出力巻線44の各結線図である。
なお、図10〜図12にに示された「R」は、ステータコア21の中心から径方向外側に沿って視たときの導線41A,41B,41Cの巻回方向が時計方向であることを示しており、「L」は、導線の巻回方向が反時計方向であることを示している。また、図11及び図12においては、励磁巻線40は省略されている。
図4で示した巻線35は、1相の励磁巻線40と、2相のScos出力巻線43及びSsin出力巻線44とで構成されており、ステータコア21には、励磁巻線40が装着された後に、Scos出力巻線43、Ssin出力巻線44が装着されているので、レゾルバ9の外側からは、励磁巻線40は見えない。
励磁巻線40は、導線41Aの一端部を端子38のR1に接続して導線41Aの巻き始めとし、8箇所のティース30に巻回方向を時計方向、反時計方向に交互に変えながら連続的に巻回し、導線41Aの他端部を端子38のR2に接続して、導線41Aの巻き終わりとしている。励磁巻線40は、センサ信号線15を通じて図示しない励磁回路に接続されている。
Scos出力巻線43は、導線41Bの一端部を端子38のS1に接続して導線41Bの巻き始めとし、一つおきに4箇所のティース30に巻回方向を時計方向、反時計方向に交互に変えながら連続的に巻回し、導線41Bの他端部を端子38のS3に接続して、導線41Bの巻き終わりとしている。
Ssin出力巻線44は、導線41Cの一端部を端子38のS4に接続して導線41Cの巻き始めとし、一つおきに4箇所のティース30に巻回方向を時計方向、反時計方向に交互に変えながら連続的に巻回し、導線41Cの他端部を端子38のS2に接続して、導線41Cの巻き終わりとしている。
Scos出力巻線43及びSsin出力巻線44は、センサ信号線15を通じて図示しない出力回路に接続されている。
次に、上記構成のレゾルバ9の動作について、図14に示した配線図及び図15に示した出力電圧振幅変化の特性図に基づいて説明する。
励磁巻線40には、一例として10kHz、5Vppの正弦波信号が印加されている。ロータ20が回転すると、ステータコア21とロータ20との間のリラクタンスが変化し、図15に示した2相のScos出力巻線43及びSsin出力巻線44の振幅と励磁電圧に対する位相とが変化する。Scos出力巻線43とSsin出力巻線44との出力電圧の振幅変化は位相が90度ずれており、この信号を検出回路によって信号処理することにより、回転角度を検出することができる。
ここで、励磁電圧を
V=E・sinωt・・・(1)
2相の出力電圧を
Scos=K・E・sinωt・cos(θ)・・・(2)
Ssin=K・E・sinωt・sin(θ)・・・(3)
Eは入力電圧、Kはレゾルバ9の変圧比、ωは励磁電圧の角速度、tは時間、θはレゾルバ9の電気角としたとき、角度θは以下の式で求められる。
θ=tan−1(Ssin/Scos) ・・・(4)
この際、出力電圧は励磁電圧と同じく10kHzの正弦波で出力されているので、振幅値として検出し、出力の符号は励磁電圧と出力電圧が同相の場合を正、逆相の場合を負として計算する。
ところで、各相の出力電圧は、図13に示した結線の通り、各ティース30に巻回された導線41B,41Cにより生じた各コイル部の出力の合成によって得られるので、各コイル部のティース30の磁気特性にアンバランスがあると、合成された出力が本来の状態から変化し、回転角度検出誤差が発生してしまう。
例えば、Scos出力巻線43の一つのコイル部の出力が1%程度変化した場合、上式(4)で計算される回転角度には、機械角で0.5度程度の誤差が発生し、レゾルバ9が搭載されたモータ1の性能に大きな影響を与えることになる。
これに対して、この実施の形態のレゾルバ9によれば、ステータコア21及びロータ20は、金属射出成形法により製作されているので、珪素鋼板を積層して構成された従来のものと比較して磁気特性の異方性が少なく、回転角度の検出誤差が低減される。
また、磁気特性の異方性の影響を抑制するために、珪素鋼板を回転積層するといった特別な工程を必要としないので、低コストで回転角度の誤差を低減させることができる。
なお、上記実施の形態では、ステータコア21及びロータ20を金属射出成形法により製作
したレゾルバ9について説明したが、ステータコア21のみ金属射出成形法で製作したレゾルバであっても、回転角度の検出誤差を低減させることができる。
また、上記の実施の形態では、電動パワーステアリング装置用モータに適用されたレゾルバ9について説明したが、このレゾルバ9は他の装置にも適用できるのは勿論である。
この発明の実施の形態1のレゾルバが組み込まれた電動パワーステアリング装置用モータの側断面図である。 図1のレゾルバの正面図である。 図2のレゾルバの側面図である。 上カバーが除かれたときの図2のレゾルバの正面図である。 図4のレゾルバの側面図である。 図1のステータコアの正面図である。 図6のステータコアの側面図である。 図1のロータの正面図である。 図8のロータの側面図である。 図1のレゾルバの励磁巻線のステータコアにおける位置を示した図である。 Scos出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。 Ssin出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。 励磁巻線、Scos出力巻線及びSsin出力巻線の各結線図である。 図1のレゾルバの配線図である。 図1のレゾルバの出力電圧振幅変化を示す特性図である。
符号の説明
1 モータ、4 シャフト、9 レゾルバ、15 センサ信号線、20 ロータ、21 ステータコア、30 ティース、34 インシュレータ、35 巻線、36 コネクタ、38 端子、40 励磁巻線、43 Scos出力巻線、44 Ssin出力巻線。

Claims (3)

  1. リング形状で径内側方向に突出した複数のティースが周方向に間隔をおいて形成されたステータコアと、
    各前記ティースに導線が巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、
    前記ステータコアの中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコアとの間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータとを備え、
    前記励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、前記ロータの回転に伴う前記ギャップパーミアンスの変化を前記出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧から前記ロータの回転角度を検出するレゾルバにおいて、
    前記ステータコアは、金属射出成形法により製作されていることを特徴とするレゾルバ。
  2. 前記ロータは、金属射出成形法により製作されていることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバ。
  3. 前記ロータは、パワーステアリング装置用モータの回転子のシャフトに固定されることを特徴とする請求項1または2に記載のレゾルバ。
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