JP2010151602A - レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】安価でアンペアターンを向上可能なレゾルバの提供。
【解決手段】本実施形態のレゾルバ１００は、平板状に形成された励磁コイル３２と、平板状に形成された検出コイル２２とを備え、励磁コイル３２と検出コイル２２とを所定距離Ｇを介して対向させ相対的に移動し得るようにし、角度情報を検出するレゾルバ１００において、検出コイル２２が第１検出コイル２２ａ、第２検出コイル２２ｂ、第３検出コイル２２ｃ及び第４検出コイル２２ｄを並列に接続して形成する。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動車用モータの出力軸の回転角度を検出するために使用されるレゾルバに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車においては、高出力のブラシレスモータが使用されており、今後もハイパワー化が予想されている。ハイブリッド自動車のブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転角度を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切替えを制御するには、ロータの回転位置を正確に把握している必要があるからである。
このため、モータにはレゾルバが備えられ、正確に角度検出されることが望ましい。自動車の駆動機構に用いられるレゾルバには、耐環境性などに加えて駆動機構の回転数が高い為に高精度化が要求されることになる。そして、他の車載部品と同様にレゾルバにも小型化と共に低コスト化が要求されている。

レゾルバの小型化を図る為には、特許文献１に開示されるようなプリント回路化することが知られている。
特許文献１には、絶縁シート層に渦巻きコイルを形成して励磁コイルと検出コイルを形成し、所定距離の空隙を作って対向させ相対的に移動可能に構成することで、薄型のレゾルバを形成している。

特開平８−２９２０６６号公報

しかしながら、特許文献１には、次のような課題がある。
特許文献１のシート型コイルにはプリント基板を用いて形成されているが、プリント基板型のコイルを形成するためには複数の工程を必要とするためコストダウンが容易でない。
このため、出願人はインクジェット方式で絶縁基板上にコイルを描画して形成する方法を提案している。しかしながらこの方式ではインクを用いてコイルを描画するために厚みを確保することが難しく、コイルの断面積を稼ぐためには線幅を広くしなければならない。しかし、コンパクト化を推進するためには線幅を広くするにも制約があるため、アンペアターンの向上が難しい。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、安価でアンペアターンを向上可能なレゾルバを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明によるレゾルバは以下のような特徴を有する。
（１）平板状に形成された励磁コイルと、平板状に形成された検出コイルとを備え、前記励磁コイルと前記検出コイルとを空隙を介して対向させ相対的に移動し得るようにし、相対位置情報を検出するレゾルバにおいて、
前記検出コイル又は前記励磁コイルが少なくとも２以上の平面状コイルを並列に接続して形成されたことを特徴とする。

（２）（１）に記載のレゾルバにおいて、
前記励磁コイル及び前記検出コイルを環状に配置したことを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によるレゾルバにより、以下のような作用、効果が得られる。
まず、（１）に記載の発明は、平板状に形成された励磁コイルと、平板状に形成された検出コイルとを備え、励磁コイルと検出コイルとを空隙を介して対向させ相対的に移動し得るようにし、相対位置情報を検出するレゾルバにおいて、検出コイル又は励磁コイルが少なくとも２以上の平面状コイルを並列に接続して形成されるものである。

検出コイル又は励磁コイルの少なくとも一方を、複数の平面状コイルを並列に接続して形成することで、コイル１個当たりの電圧低下を起こすことなく性能を確保することが可能となる。例えば、励磁側から出力される磁場を検出コイルで検知する際に、検出コイルが並列に接続されていることで、検出コイルのアンペアターンを確保することができる。
このため、コイルを形成する回路に銅箔よりも抵抗の大きな材料を用いることが可能になる。例えば、低コスト化を図るために導電性インクを用いてコイルを形成した場合、銅箔のように厚みを確保することが難しいため、抵抗は高くなってしまう。このような場合にも、検出コイル又は励磁コイルを並列に接続することでアンペアターンを確保でき、レゾルバの性能を確保することが可能となる。

また、（２）に記載の発明は、（１）に記載のレゾルバにおいて、励磁コイル及び検出コイルを環状に配置したものである。
したがって、薄型の回転体の角度検出に用いるレゾルバのアンペアターンを、安価に確保することに貢献できる。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態の構成を説明する。
図１に、本実施形態のモータを簡易に表した断面図を示す。
モータ１０は、ケース本体１１と、ケースカバー１２と、モータステータ１３と、モータロータ１４と、モータ軸１５と、モータ軸受１６ａ及びモータ軸受１６ｂと、を備えているブラシレスモータである。
ケース本体１１及びケースカバー１２はアルミニウム合金などを鋳造して作られており、ケース本体１１にはモータ軸受１６ａが勘合され、ケースカバー１２にはモータ軸受１６ｂが勘合され、モータ軸１５を回転可能に軸支している。

ケース本体１１にはその内周にモータステータ１３が固定されている。モータステータ１３は、コイルが備えられており通電することで、磁力を発生する。
一方、モータ軸１５には永久磁石を備えたモータロータ１４が固定されている。モータステータ１３とモータロータ１４は所定距離離れて保持され、モータステータ１３に通電することでモータロータ１４が回転し、駆動力を発生してモータ軸１５に動力を伝える。
モータロータ１４の端面には磁気遮蔽板１７が備えられている。そして、磁気遮蔽板１７の一端にはモータロータ１４が当接し、他端にはレゾルバロータ２０が当接するように構成されている。

ケースカバー１２にはレゾルバステータ３０が固定されており、ケース本体１１とケースカバー１２を組み付けた状態で、レゾルバロータ２０とレゾルバステータ３０が所定距離Ｇだけ離れて配置される。所定距離Ｇは近くした方がレゾルバ１００の検出精度を向上させることができるが、寸法公差や温度による寸法変化等も考慮された上で決定される。
図２に、レゾルバの断面を模式的に表した断面図を示す。図３に、レゾルバのロータ側コイルパターンを示す。図４に、ステータ側のコイルパターン図を示す。図５（ａ）に、励磁コイルの第１コイルを簡略化したコイルパターン図を示す。図５（ｂ）に、励磁コイルの第２コイルを簡略化したコイルパターン図を示す。
レゾルバ１００は、レゾルバロータ２０とレゾルバステータ３０とを備えている。レゾルバロータ２０とレゾルバステータ３０との位置関係は所定距離Ｇとなるように配置されている。

レゾルバロータ２０はＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）樹脂又はＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）樹脂で成形されるロータ側のベースとなるロータボディ２１とその表面にインクジェット方式で描かれた３次コイルにあたる検出コイル２２を備える。
検出コイル２２は、銀粉と分散剤などを混合した銀ペースト等よりなる導電性インクを用いて描かれた検出コイルパターン２２Ａと、ポリイミド等よりなる絶縁性インクを用いて描かれた絶縁層４０とからなる。
導電性インクによってロータボディ２１の表面に検出コイルパターン２２Ａを描く際には、厚み１０〜２０μｍ程度で導電性インクを塗布して検出コイルパターン２２Ａを描き、その後炉に入れて焼成する。焼成することにより分散剤は蒸発し、厚み２〜５μｍの銀の薄膜がロータボディ２１の表面に形成される。コイルパターンの幅は０．５ｍｍ程度である。

そして、検出コイルパターン２２Ａを形成した後に、インクジェット方式で絶縁層４０を形成する。ただし絶縁層４０の形状は複雑ではないので、フィルムを貼ったりスクリーン印刷を用いたりするなどの方法を採っても良い。
また、レゾルバロータ２０にはロータ側ロータリートランス２４を備えている。ロータ側ロータリートランス２４はロータリトランスパターン２４Ａが導電性インクを用いて描かれ、その上面には絶縁層４０が設けられている。
ロータリトランスパターン２４Ａについても検出コイルパターン２２Ａと同様の手法で描かれる。

検出コイルパターン２２Ａはレゾルバ１００が２×であるので、第１検出コイル２２ａ、第２検出コイル２２ｂ、第３検出コイル２２ｃ、及び第４検出コイル２２ｄの４つのコイルが並列に接続され、さらにロータリトランスパターン２４Ａへと接続されている。
また、レゾルバロータ２０にはロータボディ２１にインサート成形される検出コイルバックコア２５とロータリトランスバックコア２６を備えている。
検出コイルバックコア２５は、検出コイル２２に対応して図３に示される検出コイルパターン２２Ａの内周よりも若干小さな幅に形成された金属片が円形に配置されたものである。
ロータリトランスバックコア２６は、ロータ側ロータリートランス２４に対応して図３に示されるようなロータリトランスパターン２４Ａよりも若干大きな幅に形成されたドーナツ状の金属片である。バックコアに用いる材質は例えば鉄、フェライト系ステンレス、鉄粉入り樹脂等の強磁性体が望ましい。

レゾルバステータ３０はＬＣＰ樹脂又はＰＰＳ樹脂で成形されるステータ側のベースとなるステータボディ３１とその表面にインクジェット方式で描かれた励磁コイル３２を備える。
励磁コイル３２は、導電性インクを用いて描かれた１次コイルにあたる第１励磁コイルパターン３２Ａ及び２次コイルにあたる第２励磁コイルパターン３２Ｂと、絶縁性インクを用いて描かれた絶縁層４０とからなる。
また、レゾルバステータ３０にはステータ側ロータリートランス３４を備えている。ロータ側ロータリートランス２４はロータリトランスパターン３４Ａが導電性インクを用いて描かれ、その上面には絶縁層４０が設けられている。
導電性インク及び絶縁層４０の描画方法についてはレゾルバロータ２０と同様であるので説明を省略する。

励磁コイル３２は余弦波が供給される第１励磁コイルパターン３２Ａと、正弦波が供給される第２励磁コイルパターン３２Ｂとを備える。第１コイルの第１励磁コイルパターン３２Ａと第２コイルの第２励磁コイルパターン３２Ｂは同じパターンであるが、電気角で９０°ずれた状態で重ねられている。第１励磁コイルパターン３２Ａと第２励磁コイルパターン３２Ｂの間には絶縁層４０が設けられている。第１励磁コイルパターン３２Ａと第２励磁コイルパターン３２Ｂ、及びロータリトランスパターン３４Ａは回路３８に接続されている。
また、レゾルバステータ３０にはステータボディ３１にインサート成形される励磁コイルバックコア３５を備えている。

第１励磁コイルパターン３２Ａ及び第２励磁コイルパターン３２Ｂを簡略化して描いた図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す通り、レゾルバ１００は２×のレゾルバであるので、励磁コイルもＮ極とＳ極が交互に２つ備えられている。回路３８に接続される第１励磁コイル３２ａは外側から内側に巻回され、第１渡り線３７Ａに接続する第２渡り線３７Ｂで第２励磁コイル３２ｂに接続される。第２励磁コイル３２ｂは内側から外側に巻回され、第３励磁コイル３２ｃに接続される。第３励磁コイル３２ｃは外側から内側に巻回され、第３渡り線３７Ｃ及び第４渡り線３７Ｄに接続する第４渡り線で第４励磁コイル３２ｄに接続される。第４励磁コイル３２ｄは内側から外側に巻回され、回路３８に接続される。
なお、第２励磁コイルパターン３２Ｂについても同じパターンで接続される為説明は省略する。

本実施形態では上記構成であるので、以下に説明する作用、効果を奏する。
まず、レゾルバ１００のアンペアターンを稼げる点が挙げられる。
本実施形態のレゾルバ１００は、平板状に形成された励磁コイル３２と、平板状に形成された検出コイル２２とを備え、励磁コイル３２と検出コイル２２とを所定距離Ｇを介して対向させ相対的に移動し得るようにし、角度情報を検出するレゾルバ１００において、検出コイル２２が第１検出コイル２２ａ、第２検出コイル２２ｂ、第３検出コイル２２ｃ及び第４検出コイル２２ｄを並列に接続して形成されるものである。

図６に、検出コイルの接続図を示す。
検出コイル２２の第１検出コイル２２ａ、第２検出コイル２２ｂ、第３検出コイル２２ｃ及び第４検出コイル２２ｄは並列に接続されている。そして、ロータリトランスパターン２４Ａと接続されている。
一般的に磁界の強さは流れる電流にコイルの巻数を乗じたもので決まる。しかし、本実施形態のモータ１０に用いているレゾルバ１００は小型化、及び薄型化を目的としているために、検出コイル２２及び励磁コイル３２をインクジェット方式で描画して形成している。

したがって、検出コイル２２及び励磁コイル３２の回路の厚みには必然的に制限が出てくる。インクジェット方式でコイルを形成する場合、導電性インクを数十μｍ塗布しても焼成時には数μｍ程度の厚みになってしまうため、回路の厚みを確保することが困難である。
一方、回路の幅を確保するのにも限界があるため数百μｍの線幅程度としないと、巻数を確保できないという問題が出てくる。回路の線幅を太くして巻数も必要な程度だけ確保しようと考えると必然的にレゾルバ１００の直径が太る結果になるので、小型化の要請に反するのである。
したがって、検出コイル２２及び励磁コイル３２を形成する回路の断面積が確保できないために回路に流す電流量を確保することが難しい。

このため、本実施形態では検出コイル２２の第１検出コイル２２ａ乃至第４検出コイル２２ｄを並列に接続することで、検出コイル２２のアンペアターンを確保することが可能としている。４つのコイルを並列接続することで実質的に４倍のアンペアターンを得ることができる。
実質的には第１検出コイル２２ａ乃至第４検出コイル２２ｄを直列に接続する場合に比べて第１検出コイル２２ａ乃至第４検出コイル２２ｄを並列に接続する場合は、回路の抵抗は４分の１に低減することができる。このことは、回路の断面積が確保できず電流量を稼げないインクジェット方式で形成されるコイルにとってメリットとなる。

また、安価なレゾルバ１００を提供することができる点も挙げられる。
前述したようにインクジェット方式でコイルを形成する場合には、導電性インクの性質からコイルの厚みを確保することが難しく、小型化の要請から線幅を確保することも難しい。
このため、単純に小型のレゾルバ１００をインクジェット方式で検出コイル２２又は励磁コイル３２を形成すると、角度検出に必要な電流量を確保することが出来ないケースがある。励磁コイル３２から発生する磁界を検出コイル２２で検出する際に、所定距離Ｇだけ離されている。

この所定距離Ｇを小さくすれば検出コイル２２での励磁コイル３２から出力される磁界の検出強度は改善する。しかし所定距離Ｇはレゾルバ１００がモータ１０に取り付けられたときに、ロータボディ２１やステータボディ３１の膨張や、製作精度を考慮した際に干渉しない程度の距離を設ける必要があるため、必要以上に縮めることは難しい。

しかし、第１検出コイル２２ａ乃至第４検出コイル２２ｄを並列に接続して検出コイル２２を形成することで、検出コイル２２のアンペアターンを稼ぎ、レゾルバ１００での角度検出を可能にすることができる。
そして、このようにレゾルバ１００にインクジェット方式で形成されるものを採用可能となれば、小型化、薄型化を図る共に工程を単純化することができるので、コストダウンに貢献することが可能となる。

以上において、実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、本実施形態中で例示する材質について、変更することを妨げない。また、レゾルバ１００は受動態が回転移動体の形態として説明されているが、直進移動体にこれを用いることを妨げない。
また、本実施形態では２励磁１検出方式のレゾルバ１００を説明しているが、１励磁２検出方式のレゾルバ１００にこれを用いることを妨げない。したがって、励磁側と検出側を入れ替えても良い。

本実施形態の、モータを簡易に表した断面図である。 本実施形態の、レゾルバの断面を模式的に表した断面図である。 本実施形態の、レゾルバのロータ側コイルパターンである。 本実施形態の、ステータ側のコイルパターン図である。 （ａ）本実施形態の、励磁コイルの第１コイルを簡略化したコイルパターン図である。（ｂ）本実施形態の、励磁コイルの第２コイルを簡略化したコイルパターン図である。 本実施形態の、レゾルバの検出コイルの電気接続を説明する図である。

符号の説明

１０ モータ
１１ ケース本体
１２ ケースカバー
１３ モータステータ
１４ モータロータ
１５ モータ軸
１６ａ モータ軸受
１６ｂ モータ軸受
１７ 磁気遮蔽板
２０ レゾルバロータ
２１ ロータボディ
２２ 検出コイル
２２Ａ 検出コイルパターン
２２ａ 第１検出コイル
２２ｂ 第２検出コイル
２２ｃ 第３検出コイル
２２ｄ 第４検出コイル
２４ ロータ側ロータリートランス
２４Ａ ロータリトランスパターン
２５ 検出コイルバックコア
２６ ロータリトランスバックコア
３０ レゾルバステータ
３１ ステータボディ
３２ 励磁コイル
３２Ａ 第１励磁コイルパターン
３２Ｂ 第２励磁コイルパターン
３４ ステータ側ロータリートランス
３４Ａ ロータリトランスパターン
３５ 励磁コイルバックコア
４０ 絶縁層
１００ レゾルバ

Claims (2)

1. 平板状に形成された励磁コイルと、平板状に形成された検出コイルとを備え、前記励磁コイルと前記検出コイルとを空隙を介して対向させ相対的に移動し得るようにし、相対位置情報を検出するレゾルバにおいて、
   前記検出コイル又は前記励磁コイルが少なくとも２以上の平面状コイルを並列に接続して形成されたことを特徴とするレゾルバ。
2. 請求項１に記載のレゾルバにおいて、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルを環状に配置したことを特徴とするレゾルバ。
   

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