JP2008263721A - Motor system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はモータシステムに関し、より特定的には、回転電機のロータ位置検出のためのレゾルバを備えたモータシステムに関する。 The present invention relates to a motor system, and more particularly to a motor system including a resolver for detecting a rotor position of a rotating electrical machine.
電動機、発電機等の回転電機の駆動制御のために、ロータの回転方向の位置検出を行なうセンサを設置することが一般的に行なわれる。回転電機の制御を適切に行なうためには、位置検出センサによる回転位置検出を正確に行なう必要があるため、センサへのノイズ影響の低減が重要な課題となる。 In order to control the driving of a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator, a sensor for detecting the position of the rotor in the rotational direction is generally installed. In order to appropriately control the rotating electrical machine, it is necessary to accurately detect the rotational position by the position detection sensor, and thus reducing the noise influence on the sensor is an important issue.
ロータの位置検出センサとしては、ホール素子を用いたホールセンサやレゾルバ等が用いられる。たとえば特許文献1(特開2001−78393号公報)には、レゾルバを備えた回転機械において、回転機械のハウジングケースの外側にレゾルバを配置することによって、回転機械が発生する電磁ノイズの影響を受け難くするとともに、組付け作業を容易化する構成が開示される。 As the rotor position detection sensor, a Hall sensor using a Hall element, a resolver, or the like is used. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-78393), in a rotating machine equipped with a resolver, the resolver is disposed outside the housing case of the rotating machine, thereby being affected by electromagnetic noise generated by the rotating machine. A configuration that makes it difficult and facilitates the assembly work is disclosed.
また、特許文献2(特開2006−25537号公報)には、ホール素子を位置検出センサとして備えたブラシレスモータにおいて、速度検出手段の着磁部からホール素子を遠ざけて配置することにより、電磁ノイズの影響を低減して検出精度を向上させた駆動・制御用回路一体型のブラシレスモータが開示されている。
ハイブリッド自動車の駆動力発生用モータ等、比較的大容量・高出力の回転電機でのロータの位置検出センサとしては、耐ノイズ性の観点からレゾルバが適用されることが一般的である。一方で、このような大容量・高出力モータでは、回転電機への供給電力も大きいため、これによる電磁ノイズも大きなものとなる。 A resolver is generally applied from the viewpoint of noise resistance as a rotor position detection sensor in a rotating machine with a relatively large capacity and high output, such as a driving force generation motor of a hybrid vehicle. On the other hand, in such a large-capacity, high-output motor, the power supplied to the rotating electrical machine is large, so that electromagnetic noise due to this is large.
また、レゾルバは、回転電機のロータと同位相で回転するように構成されたロータ(以下、レゾルバロータと称する)と、コイル巻線が巻回されたステータ(以下、レゾルバステータと称する)からなるが、検出精度を高めるために、レゾルバステータのコイル巻線の巻数が一様なものとならず、周方向で見て非一様な巻数分布となる場合がある。このようなレゾルバを用いる場合には、周方向で見て、回転電機からの電磁ノイズを拾いやすい箇所と拾いにくい箇所が発生するので、この点を考慮してレゾルバのノイズ対策を講じる必要がある。 The resolver includes a rotor configured to rotate in the same phase as the rotor of the rotating electrical machine (hereinafter referred to as a resolver rotor) and a stator around which coil windings are wound (hereinafter referred to as a resolver stator). However, in order to improve the detection accuracy, the number of turns of the coil winding of the resolver stator may not be uniform, and there may be a non-uniform number of turns when viewed in the circumferential direction. When such a resolver is used, there are places where it is easy to pick up electromagnetic noise from the rotating electrical machine and places where it is difficult to pick up when viewed in the circumferential direction, and it is necessary to take measures against the noise of the resolver in consideration of this point. .
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、回転電機に設けられたレゾルバの耐ノイズ性を高めてロータの位置検出精度を高めることである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to increase the noise detection resistance of a resolver provided in a rotating electrical machine and improve the position detection accuracy of a rotor. is there.
この発明によるモータシステムは、回転電機および回転電機のロータの回転方向の位置を検出するレゾルバを備える。回転電機は、励磁コイル巻線が巻回されたステータと、ステータと径方向に対向して配置されるロータとを有する。レゾルバは、励磁コイル巻線のコイルエンドに対して径方向に対向する領域に設けられて、レゾルバロータおよびレゾルバステータを有する。レゾルバロータは、ロータと同位相で回転するように回転電機の回転軸に取付けられる。レゾルバステータは、レゾルバロータと径方向に対向して設けられ、かつ、コイルエンドと径方向に隣接して配置される。レゾルバステータには、コイル巻線が周方向で見て非一様な巻数分布にて巻回され、コイルエンドは、周方向で見て、レゾルバステータのコイル巻線の巻数が相対的に多い部位と対向する領域において、コイル巻線との離間距離が相対的に大きくなるような外形形状で構成される。 A motor system according to the present invention includes a rotating electrical machine and a resolver that detects a position in a rotational direction of a rotor of the rotating electrical machine. The rotating electrical machine includes a stator around which an exciting coil winding is wound, and a rotor that is arranged to face the stator in the radial direction. The resolver is provided in a region facing the coil end of the exciting coil winding in the radial direction, and has a resolver rotor and a resolver stator. The resolver rotor is attached to the rotating shaft of the rotating electrical machine so as to rotate in the same phase as the rotor. The resolver stator is provided so as to face the resolver rotor in the radial direction, and is disposed adjacent to the coil end in the radial direction. The resolver stator is wound with a non-uniform winding distribution when viewed in the circumferential direction, and the coil end is a portion where the number of windings of the resolver stator coil winding is relatively large when viewed in the circumferential direction. Is formed in an outer shape such that the distance from the coil winding is relatively large.
この発明のモータシステムによれば、レゾルバステータにおいてコイル巻数が相対的に多くノイズを拾い易い部位において、ノイズ発生源となるコイルエンドからの離間距離を相対的に大きく確保することができる。したがって、回転電機の励磁コイル巻線からの電磁ノイズがレゾルバによる位置検出に悪影響を及ぼすことを抑制して、ロータの位置検出精度を向上することができる。 According to the motor system of the present invention, it is possible to ensure a relatively large separation distance from the coil end serving as a noise generation source at a portion where the number of coil turns is relatively large in the resolver stator and noise is easily picked up. Therefore, it is possible to suppress the electromagnetic noise from the exciting coil winding of the rotating electrical machine from adversely affecting the position detection by the resolver and improve the position detection accuracy of the rotor.
好ましくは、レゾルバのコイル巻線との対向面におけるコイルエンドの外形形状は、コイル巻線の巻数が相対的に多い部位と対向する領域において径方向の寸法が相対的に小さく、コイル巻線の巻数が相対的に少ない部位と対向する領域において径方向の寸法が相対的に大きい。 Preferably, the outer shape of the coil end on the surface facing the coil winding of the resolver has a relatively small radial dimension in a region facing a portion where the number of turns of the coil winding is relatively large. The dimension in the radial direction is relatively large in a region facing a portion having a relatively small number of turns.
このような構成とすることにより、コイルエンドの成形工程においてコイルエンドの径方向の寸法を周方向で作り込むことにより、レゾルバステータのコイル巻線の巻数が相対的に多い領域において、レゾルバステータに対するコイルエンドの距離を確保することができる。 By adopting such a configuration, the radial dimension of the coil end is formed in the circumferential direction in the coil end forming step, so that the resolver stator can be compared with the resolver stator in a region where the number of coil windings of the resolver stator is relatively large. The coil end distance can be secured.
本発明のモータシステムによれば、回転電機に設けられたレゾルバの耐ノイズ性を高めてロータの回転位置検出精度を高めることができる。 According to the motor system of the present invention, it is possible to improve the noise resistance of the resolver provided in the rotating electrical machine and increase the rotational position detection accuracy of the rotor.
以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して詳細な説明は原則的に繰返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description will not be repeated in principle.
図1は、この発明の実施の形態によるモータシステムの構成を説明する断面図である。
図1を参照して、この発明の実施の形態によるモータシステムは、回転電機100、出力シャフト140およびレゾルバ150を備える。回転電機100は、任意の形式の電動機、発電機あるいは発電電動機(モータジェネレータ)によって構成され得るが、本実施の形態では、一例として永久磁石型同期モータにより構成されるものとする。回転電機100は、ロータ120およびステータ130を含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a motor system according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, the motor system according to the embodiment of the present invention includes rotating
ロータ120は、積層鋼板で構成されるロータコアに貫通孔を設け、この貫通孔に永久磁石125を装着して構成される。ステータ130は、積層鋼板で構成されるステータコアと、このステータコアに巻回された励磁コイル巻線とで構成される。励磁コイル巻線は、モータ回転軸方向に沿ったステータコアの両端において、加圧成型されてコイルエンド135を形成する。
The
励磁コイル巻線は、図示しないインバータからの交流電圧(代表的には三相交流電圧)を印加されて回転磁界を発生する。この回転磁界によってロータ120が回転され、これにより、ロータ120と連結された出力シャフト140が回転される。また、回転電機100の発電時には、ロータ120の回転により磁界が発生して、励磁コイル巻線に電流が発生する。
The exciting coil winding is applied with an AC voltage (typically a three-phase AC voltage) from an inverter (not shown) to generate a rotating magnetic field. The
レゾルバ150は、レゾルバステータ160およびレゾルバロータ180を含む。
図2は、レゾルバの位置検出原理を説明する概念図である。
The
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the principle of detecting the position of the resolver.
図2を参照して、レゾルバロータ180は、楕円形形状で構成され、図1に示した出力シャフト140に取付けられている。したがって、レゾルバロータ180は、ロータ120の回転に伴って同位相で回転するように構成されている。
Referring to FIG. 2,
レゾルバステータ160には、コイル巻線170a〜170cが内蔵される。コイル巻線170aには励磁用交流電流175aが印加される。コイル巻線170bおよび170cは電気的に90度ずれて配置される。コイル巻線170aに励磁用交流電流175aが印加された状態で楕円形のレゾルバロータ180が回転すると、レゾルバロータ180およびレゾルバステータ160の間のギャップ長さが変化するのに伴い、コイル巻線170bおよび170cには、レゾルバロータ180の位置に応じた出力信号175bおよび175cがそれぞれ発生する。したがって、出力信号175bおよび175c間の位相差に基づき、レゾルバロータ180の回転方向の絶対位置、すなわち回転電機100のロータ120の回転方向の絶対位置を検出できる。
The
再び図1を参照して、この発明の実施の形態によるモータシステムでは、コンパクトなレゾルバ配置とするために、レゾルバ150は、ロータ120の内周側の領域、すなわち、コイルエンド135と径方向に隣接する領域に配置される。この結果、回転電機100の励磁コイル巻線通電時に発生した電磁ノイズが、コイルエンド135およびレゾルバ150(特にレゾルバステータ160)の間のギャップ200を介して、レゾルバステータ160のコイル巻線に到達し、レゾルバの出力信号に重畳される可能性がある。
Referring to FIG. 1 again, in the motor system according to the embodiment of the present invention, in order to obtain a compact resolver arrangement,
一方、レゾルバステータ160におけるコイル巻線の巻数は、周方向で見て一様な分布とはならず、非一様な分布となる。これは、レゾルバ150による回転位置検出精度を向上するための方策としてのものである。したがって、レゾルバステータ160におけるコイル巻線170の巻数が周方向で非一様な分布となることと対応して、ノイズ対策をどのように講じるかが問題となる。
On the other hand, the number of turns of the coil winding in the
次に図3を用いて、この発明の実施の形態によるモータシステムにおけるコイルエンドおよびレゾルバステータ間の周方向でのギャップ分布を説明する。図3は、図1に示したギャップ200を周方向に展開したものである。
Next, the gap distribution in the circumferential direction between the coil end and the resolver stator in the motor system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a development of the
図3を参照して、レゾルバステータ160のコイル巻線170の巻数分布はモータ周方向で非一様なものとされる。図3の例では、周方向展開図の両端において巻数大であり、中央部において巻数小である分布となっているものとする。この結果、巻数大の部位では、コイルエンドからの電磁ノイズを拾いやすくなる。
Referring to FIG. 3, the winding number distribution of coil winding 170 of
このようなレゾルバステータのコイル巻数分布に対応して、コイルエンド135の外形は、コイル巻数大の領域におけるコイルエンド135およびレゾルバステータ160の離間距離d2が、コイル巻数小の領域での離間距離d1よりも大きくなるように構成される(d1<d2)。具体的には、コイルエンド135の径方向の外形寸法(高さ)は、コイル巻数大の領域に対向する部位において相対的に小さくされている。コイルエンド135の外形形状は、励磁コイル巻線を荷重印加により成形する工程における作業条件(荷重の大きさ、荷重印加部位)により作り込むことが可能である。
Corresponding to the coil turn distribution of the resolver stator, the outer shape of the
これにより、図4に示されるように、レゾルバステータのコイル巻線170の巻数が多く、電磁ノイズが重畳されやすい部位において、コイルエンド135およびレゾルバコイル巻線170の離間距離を大きくすることができる。
As a result, as shown in FIG. 4, the separation distance between the
図5には、比較例として示されるモータシステムにおけるコイルエンドおよびレゾルバステータ間の周方向でのギャップ分布が示される。図5は、図3と同様の部位を同様に周方向に展開したものである。 FIG. 5 shows a gap distribution in the circumferential direction between the coil end and the resolver stator in the motor system shown as the comparative example. FIG. 5 shows the same part as FIG. 3 developed in the circumferential direction.
図5を図3と対比して理解されるように、比較例のモータシステムにおいては、レゾルバのコイル巻線170の巻数分布が図3と同様であるのに対して、コイルエンド135の径方向の外形寸法(高さ)が、図3とは反対の分布となっている。 As can be seen by comparing FIG. 5 with FIG. 3, in the motor system of the comparative example, the winding number distribution of the coil winding 170 of the resolver is the same as that of FIG. The outer dimension (height) of FIG. 3 has a distribution opposite to that in FIG.
すなわち、コイル巻数大の領域におけるコイルエンド135およびレゾルバステータ160の離間距離d2が、コイル巻数小の領域での離間距離d1よりも小さくなっている(d1>d2)。具体的には、コイルエンド135の径方向の外形寸法(高さ)は、コイル巻線の巻数大の領域に対向する部位で相対的に大きくなっている。
That is, the separation distance d2 between the
図6に示されるように、このようなギャップ分布では、電磁ノイズが重畳されやすい、レゾルバステータのコイル巻線170の巻数大の部位において、コイルエンド135との離間距離が小さくなっている。この結果、当該部位においてコイル巻線に発生した電磁ノイズがレゾルバ150に影響を与えやすくなっている。
As shown in FIG. 6, in such a gap distribution, the separation distance from the
これに対して、図3および図4に示した本発明の実施の形態によるモータシステムでは、レゾルバのコイル巻線の巻数分布(周方向)に対応させて、コイルエンドの外形寸法(径方向)を調整することにより、レゾルバのコイル巻数大であり電磁ノイズが重畳され易い領域において、コイルエンド135およびレゾルバステータ160の離間距離(ギャップ)を相対的に大きく確保できる。これにより、回転電機の励磁コイル巻線に発生した電磁ノイズがレゾルバによるロータ回転位置の検出精度に悪影響を及ぼすことを防止できる。この結果、回転電機に設けられたレゾルバの耐ノイズ性を高めてロータの回転位置検出精度が高められたモータシステムを実現することができる。
On the other hand, in the motor system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 and FIG. 4, the outer dimensions (radial direction) of the coil end corresponding to the winding number distribution (circumferential direction) of the coil winding of the resolver. By adjusting the above, it is possible to ensure a relatively large separation distance (gap) between the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 回転電機、120 ロータ、125 永久磁石、130 ステータ、135 コイルエンド、140 出力シャフト、150 レゾルバ、160 レゾルバステータ、170,170a〜170c コイル巻線(レゾルバ)、175a 励磁用交流電流、175b,175c 出力信号、180 レゾルバロータ、200 ギャップ、d1,d2 離間距離。 100 rotating electric machine, 120 rotor, 125 permanent magnet, 130 stator, 135 coil end, 140 output shaft, 150 resolver, 160 resolver stator, 170, 170a to 170c coil winding (resolver), 175a AC current for excitation, 175b, 175c Output signal, 180 resolver rotor, 200 gap, d1, d2 separation distance.
Claims (2)
前記励磁コイル巻線のコイルエンドに対して前記径方向に対向する領域に設けられた、前記ロータの回転方向の位置を検出するためのレゾルバとを備え、
前記レゾルバは、
前記ロータと同位相で回転するように前記回転電機の回転軸に取付けられたレゾルバロータと、
前記レゾルバロータと前記径方向に対向して設けられ、かつ、前記コイルエンドと前記径方向に隣接して配置されるレゾルバステータとを有し、
前記レゾルバステータには、コイル巻線が周方向で見て非一様な巻数分布にて巻回され、
前記コイルエンドは、前記周方向で見て、前記レゾルバステータのコイル巻線の巻数が相対的に多い部位と対向する領域において、前記コイル巻線との離間距離が相対的に大きくなるような外形形状で構成される、モータシステム。 A rotating electrical machine having a stator around which an exciting coil winding is wound, and a rotor arranged to face the stator in a radial direction;
A resolver for detecting a position in a rotational direction of the rotor, provided in a region facing the radial direction with respect to a coil end of the exciting coil winding;
The resolver is
A resolver rotor attached to a rotating shaft of the rotating electrical machine so as to rotate in phase with the rotor;
A resolver stator provided opposite to the resolver rotor in the radial direction and disposed adjacent to the coil end in the radial direction;
In the resolver stator, the coil winding is wound with a non-uniform winding number distribution in the circumferential direction,
The coil end has an outer shape such that a separation distance from the coil winding is relatively large in a region facing a portion where the number of turns of the coil winding of the resolver stator is relatively large when viewed in the circumferential direction. A motor system composed of shapes.
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JP2009303368A (en) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Toyota Motor Corp | Electric motor and motor control apparatus |
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- 2007-04-12 JP JP2007104735A patent/JP2008263721A/en not_active Withdrawn
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