JP2009300320A - 可変リラクタンス型レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易な構成で、回転角を正確に検出することが可能な可変リラクタンス型レゾルバを提供すること。
【解決手段】ロータと、前記ロータと相対回転自在に構成され、前記ロータの外周面又は回転面の一部に対向するように配置されたステータと、を有し、前記ステータに、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルが前記ロータの周方向に沿って並ぶコイル列が構成された可変リラクタンス型レゾルバであって、前記複数の検出用コイルは、ｓｉｎ相の検出用コイルと、ｃｏｓ相の検出用コイルを含み、前記ｃｏｓ相の検出用コイルにおける巻数は均一であり、前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数が均一でないことを特徴とする、可変リラクタンス型レゾルバ。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転角に応じて変化するロータとステータの間隔を磁気的方法により検出してロータの回転角を検出する可変リラクタンス型レゾルバに関し、特にステータが円環状となっていないため組立分解が容易な態様の可変リラクタンス型レゾルバに関する。

従来、非円形部分を有するロータとステータの間隔を磁気的方法により検出してロータの回転角を検出する可変リラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバが知られている。可変リラクタンス型レゾルバは、他の種類のレゾルバとは異なり、ロータにコイルを設置する必要がないため高い耐環境性を有する。このため、自動車等の分野において好適に用いられるものである。

可変リラクタンス型レゾルバでは、励磁用のコイルと検出用のコイルをロータの周方向に沿って並ぶようにステータに配置し、磁気抵抗の変化を検出することによりロータの回転角を検出している。検出用コイルは、例えば、ロータの回転角のｓｉｎに比例した出力を得るように巻回されたｓｉｎ相の検出用コイル、及びロータの回転角のｃｏｓに比例した出力を得るように巻回されたｃｏｓ相の検出用コイルを含む。そして、それぞれの検出用コイルの出力電圧についてアークタンジェントを求める等の所定の演算を行なうことにより、ロータの回転角が算出される。

この可変リラクタンス型レゾルバの一種であって、ステータを、円環状ではなくロータの一部に対向する形状とすることにより、ロータやステータの取り外しを容易にし、部品の修理や交換を容易にしたものが知られている。ところが、この態様の可変リラクタンス型レゾルバでは、ステータが円環状でないために、励磁用のコイルや検出用のコイルが並べられたコイル列の先頭及び末尾の付近において磁束の乱れが生じ、出力電圧が不安定となる場合がある。

係る点に配慮し、コイル列の両端に励磁用のコイルのみを配置し、補正磁極として用いる態様の可変リラクタンス型レゾルバについての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２８７４４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の可変リラクタンス型レゾルバでは、補正用磁極を備えるため、ステータのサイズが大きくなるという問題が生じる。このため、装置全体のサイズに制約が存在する場合に、並べられたコイルの個数に制約が生じる場合がありうる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、より簡易な構成で、回転角を正確に検出することが可能な可変リラクタンス型レゾルバを提供することを、主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
ロータと、
前記ロータと相対回転自在に構成され、前記ロータの外周面又は回転面の一部に対向するように配置されたステータと、を有し、
前記ステータに、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルが前記ロータの周方向に沿って並ぶコイル列が構成された可変リラクタンス型レゾルバであって、
前記複数の検出用コイルは、ｓｉｎ相の検出用コイルと、ｃｏｓ相の検出用コイルを含み、
前記ｃｏｓ相の検出用コイルにおける巻数は均一であり、
前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数が均一でないことを特徴とする、
可変リラクタンス型レゾルバである。

この本発明の一態様によれば、複数の検出用コイルはｓｉｎ相の検出用コイルと、ｃｏｓ相の検出用コイルを含み、ｃｏｓ相の検出用コイルにおける巻数は均一であり、ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数が均一でないため、出力電圧のバランスを取ることができる。この結果、より簡易な構成で、回転角を正確に検出することができる。

本発明の一態様において、
前記ｓｉｎ相の検出用コイルは、前記ロータの周方向に沿って４個並べられ、
前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数は、前記コイル列の両端に配置されたコイルの巻数が、前記コイル列の両端以外に配置されたコイルの巻数に比して大きいことを特徴とするものとしてもよい。

この場合、
前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数は、いずれも前記前記ｃｏｓ相の検出用コイルにおける巻数と異なることを特徴とするものとしてもよい。

本発明によれば、より簡易な構成で、回転角を正確に検出することが可能な可変リラクタンス型レゾルバを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

以下、本発明の一実施例に係る可変リラクタンス型レゾルバ１について説明する。図１は、本発明の一実施例に係る可変リラクタンス型レゾルバ１の構成例である。可変リラクタンス型レゾルバ１は、ロータ１０と、ステータ２０と、を有する。

ロータ１０は、ベアリング等によってステータ２０に相対回転自在に連結されている。図１に示す如く、ロータ１０の外形輪郭線は、一定の径ではなく、周期的に変化する径により画成される。

ステータ２０は、例えば珪素鋼板を積層して構成され、ロータの外周面の一部に対向する円弧状の形状となっており、ロータ１０の回転中心とステータ２０の円弧部分の中心が一致するようにロータ１０と連結される。なお、ステータ２０は、図示しない固定部材によってケース等に固定されるのが一般的である。ステータ２０は、ロータ１０の周囲一周に亘って対向する円環状の形状となっていないため、ロータ１０と容易に分離することができ、部品の修理や交換が容易となっている。

また、ステータ２０は、ロータ１０に対向する側に、ロータ１０の周方向に沿って並ぶステータコア（歯）２５Ａ〜２５Ｄが突出するように形成されている。それぞれのステータコアには、電源装置４０に接続された励磁用コイル、及び発生した磁気に対する磁束抵抗を電圧に変換して信号処理装置５０に出力するための検出用コイルが巻回されており、これによって、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルがロータ１０の周方向に沿って並ぶコイル列３０が配置されている。コイル列３０は、例えばコイル３０Ａ〜３０Ｄの４個のコイルを含む。

各コイルには、励磁用コイル、及び検出用コイル（ロータ１０の回転角のｓｉｎに比例した出力を得るように巻回されたｓｉｎ相の検出用コイル、及びロータ１０の回転角のｃｏｓに比例した出力を得るように巻回されたｃｏｓ相の検出用コイルを含む）が同心状に巻回されている。

励磁用コイルは電源装置４０に直列で接続されており、その両端には、数［ｋＨｚ］、数［Ｖｐ_―ｐ］の交流が入力される（例えば、１０［ｋＨｚ］、４［Ｖｐ_―ｐ］程度）。

また、ｓｉｎ相の検出用コイル、及びｃｏｓ相の検出用コイルは、それぞれが信号処理装置５０のｓｉｎ相演算入力部、及びｃｏｓ相演算入力部に直列で接続されている。

なお、本実施例の可変リラクタンス型レゾルバ１は、４個のコイルを有するものとして説明するが、これに限定されず、任意の数のコイルを有するものとしてよい。

ここで、可変リラクタンス型レゾルバにおけるロータ回転角の検出原理について簡単に説明する。

電源装置４０は、交流電源であり、例えば４Ｖの交流の入力電圧を、励磁用コイルの両端に印加する。励磁用コイルが励磁されてそれに磁気が発生すると、検知用コイルが起電する。

そして、外力等によってロータ１０が回転すると、検知用コイルとロータ１０との間隔が周期的に変化し、これに伴って、磁束抵抗が変化して、検知用コイルに誘起される電流（出力電圧）が変化する。

信号処理装置５０は、例えば、Ｒ／Ｄコンバータであり、ｓｉｎ相演算入力部に入力されたｓｉｎ相の検出用コイルの出力電圧と、ｃｏｓ相演算入力部に入力されたｃｏｓ相の検出用コイルの出力電圧とに基づいて、ロータ１０の回転角θを表すデジタル信号φを出力する。ロータの回転角θは、例えば、次式（１）の関係を用いて導出される。式中、Ｅ_{ＣＯＳ−ＧＮＤ}は、ｃｏｓ相の検出用コイルの出力電圧を表し、Ｅ_{ＳＩＮ−ＧＮＤ}は、ｓｉｎ相の検出用コイルの出力電圧を表す。

θ＝（１／Ｎ）・ｔａｎ^−１（Ｅ_{ＳＩＮ−ＧＮＤ}／Ｅ_{ＣＯＳ−ＧＮＤ}） …（１）

なお、励磁用コイルの両端に印可される入力電圧をＥｓｉｎωｔと表現すると、ｃｏｓ相の検出用コイルの出力電圧Ｅ_{ＣＯＳ−ＧＮＤ}は、次式（２）で、ｓｉｎ相の検出用コイルの出力電圧Ｅ_{ＳＩＮ−ＧＮＤ}は、次式（３）で、それぞれ表される。ここで、ωは角周波数であり、２πｆで表される。ｆは周波数、Ｋは励磁巻線、出力巻線、及びロータ１０とステータ２０の特性で決まる定数である。

Ｅ_{ＣＯＳ−ＧＮＤ}＝Ｋｃｏｓθ・Ｅｓｉｎωｔ …（２）
Ｅ_{ＳＩＮ−ＧＮＤ}＝Ｋｓｉｎθ・Ｅｓｉｎωｔ …（３）

ロータ１０の径方向の幅は、ロータ１０の回転角を変数とし軸倍角ｎにより周期が定まる略正弦波関数に従って変化するように決定される。径の変化周期を定める軸倍角ｎは、必要な分解能に応じて適宜決定されてよい。軸倍角とは、検出装置の入力機械角に対する出力電気角の比をいい、例えば、ｎ×機械角＝電気角の場合、軸倍角はｎＸ（ｎ倍角）と表される。

以下、係る機能を実現するための励磁用コイル、及び検出用コイルの巻態様について説明する。図２は、励磁用コイル、及び検出用コイルの巻方向、及び巻数を示す表である。

励磁用コイルの巻方向は、コイル３０Ａ、３０Ｃで同一（符号ＣＷで示す）であり、コイル３０Ｂ、３０Ｄで同一（符号ＣＣＷで示す）となっている。符号ＣＣＷで示す方向は、符号ＣＷで示す方向の反対方向である。その巻数は、Ｎ１で同一となっている。これにより、各コイルは、交互に異なる極性の磁極となっている。

ｓｉｎ相の検出用コイルの巻方向は、コイル３０Ａ、３０Ｂで同一（符号ＣＷで示す）であり、コイル３０Ｃ、３０Ｄで同一（符号ＣＣＷで示す）である。その巻数は、コイル３０Ａ、３０ＤでＮ２、コイル３０Ｂ、３０ＣでＮ３となっている。この結果、ｓｉｎ相の検出用コイルからはｓｉｎθに比例した出力が得られることとなる。ここで、Ｎ２はＮ３と異なる値であり、Ｎ２＞Ｎ３の関係が成立する。

ｃｏｓ相の検出用コイルの巻方向は、コイル３０Ａ、３０Ｄで同一（符号ＣＷで示す）であり、コイル３０Ｂ、３０Ｃで同一（符号ＣＣＷで示す）である。その巻数は、Ｎ４で同一となっている。この結果、ｃｏｓ相の検出用コイルからはｃｏｓθに比例した出力が得られることとなる。Ｎ４は、Ｎ２とＮ３の中間程度の値である。

ここで、Ｎ２＞Ｎ３としている意義について説明する。図３は、励磁用コイルによって誘起される磁束の偏りを示す図である。図示する如く、励磁用コイルによって誘起される磁束は、両端部のコイルで小さく、両端部の隣で最大となり、中央部で中程度となる。本実施例の如く、コイルを４個備える場合、両端部のコイル３０Ａ、３０Ｄで小さく、中央部の２個のコイル３０Ｂ、３０Ｃで大きくなる。

そして、検出用コイルに誘起される電圧の符号は、図４に示す如く、各コイルについて励磁用コイルと検出用コイルの巻方向が同一であれば正、異なれば負と表現できる。図４は、Ｎ２とＮ３が同一である場合に、各検出用コイルに誘起される電圧の大きさと符号を示す図である。この場合、図示する如く、両端部のコイル３０Ａ、３０Ｄで誘起される電圧が小さく、中央部の２個のコイル３０Ｂ、３０Ｃで誘起される電圧が大きくなる。この結果、ｃｏｓ相の各検出用コイルの出力電圧は正負でバランスが取れているが、ｓｉｎ相の各検出用コイルの出力電圧は正又は負のいずれかに偏ることとなる。

これを解消するための手法として、コイルの両端部に励磁用コイルのみが巻回された補正用磁極を備える構成が知られている（上記特許文献１参照）。しかしこの場合、補正用磁極を備えるため、ステータのサイズが大きくなるという問題が生じる。このため、装置全体のサイズに制約が存在する場合に、並べられたコイルの個数に制約が生じる場合がありうる。

これに対し、本実施例では、ｓｉｎ相の各検出用コイルの出力電圧のバランスを取るために、Ｎ２＞Ｎ３としている。これにより、より簡易な構成で、回転角を正確に検出することができる。

本実施例の可変リラクタンス型レゾルバ１によれば、ｓｉｎ相の各検出用コイルの出力電圧のバランスを取るために、Ｎ２＞Ｎ３としているので、より簡易な構成で、回転角を正確に検出することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、ロータ１０の外周面の一部に対向するようにステータ２０を配置するものとしたが、ロータ１０の回転面の一部に対向するようにステータ２０を配置するものとしてもよい。

図５は、これらの相違を模式的に示す図である。図５（Ａ）は、実施例の可変リラクタンス型レゾルバ１を模式的に示したものであり、図５（Ｂ）は、係る変形例を模式的に示した図である。後者の場合、ロータは、外周面ではなく回転面のステータとの間隔が、ロータの回転に応じて周期的に変化するように形成される。

図６は、係る変形例におけるステータの構成例である。係る変形例におけるコイル列についても、実施例と同様の原理を適用することにより、励磁用コイルの巻数を均一にしたものに比して、回転角をより正確に検出することができる。

本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。

本発明の一実施例に係る可変リラクタンス型レゾルバ１の構成例である。 励磁用コイル、及び検出用コイル（ｓｉｎ相のものとｃｏｓ相のものを含む）の巻方向、及び巻数を示す表である。 励磁用コイルによって誘起される磁束の偏りを示す図である。 Ｎ２とＮ３が同一である場合に、各検出用コイルに誘起される電圧の大きさと符号を示す図である。 本発明の他の実施例に係る可変リラクタンス型レゾルバと、実施例の可変リラクタンス型レゾルバ１との相違を模式的に示す図である。 本発明の他の実施例に係る可変リラクタンス型レゾルバにおけるステータの構成例である。

符号の説明

１ 可変リラクタンス型レゾルバ
１０ ロータ
２０ ステータ
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ ステータコア
３０ コイル列
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ コイル
４０ 電源装置
５０ 信号処理装置

Claims (3)

1. ロータと、
   前記ロータと相対回転自在に構成され、前記ロータの外周面又は回転面の一部に対向するように配置されたステータと、を有し、
   前記ステータに、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルが前記ロータの周方向に沿って並ぶコイル列が構成された可変リラクタンス型レゾルバであって、
   前記複数の検出用コイルは、ｓｉｎ相の検出用コイルと、ｃｏｓ相の検出用コイルを含み、
   前記ｃｏｓ相の検出用コイルにおける巻数は均一であり、
   前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数が均一でないことを特徴とする、
   可変リラクタンス型レゾルバ。
2. 前記ｓｉｎ相の検出用コイルは、前記ロータの周方向に沿って４個並べられ、
   前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数は、前記コイル列の両端に配置されたコイルの巻数が、前記コイル列の両端以外に配置されたコイルの巻数に比して大きいことを特徴とする、
   請求項１に記載の可変リラクタンス型レゾルバ。
3. 前記ｓｉｎ相の検出用コイルにおける巻数は、いずれも前記前記ｃｏｓ相の検出用コイルにおける巻数と異なることを特徴とする、
   請求項２に記載の可変リラクタンス型レゾルバ。

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