JP2012233806A

JP2012233806A - ステータおよびレゾルバ

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Publication number: JP2012233806A
Application number: JP2011103168A
Authority: JP
Inventors: Motosumi Yura; 元澄由良; Yasunori Kawakami; 泰典川上
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-02
Also published as: DE102012007444B4; ITRM20120158A1; CN102769343B; JP5802429B2; US20120280678A1; US9136737B2; DE102012007444A1; CN102769343A

Abstract

【課題】角度検出精度を高めることができるステータを提供する。
【解決手段】ステータ１０は、複数の磁極歯が環状に配設されたステータコア１２と、前記複数の磁極歯それぞれに電線を巻回して形成される複数の巻線と、を有する。巻線は、得られる磁束分布が正弦波分布となるように複数の巻線を直列接続することにより１相分の巻線群が形成され、前記１相分の巻線群は、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線から構成される巻線組を複数、直列接続することにより構成され、各巻線組は、当該巻線組を構成する２つの磁極歯における巻線が、ステータ内径側からみて、それぞれ、逆方向に巻回され、各巻線の巻き終わりから延びる電線は、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続される。
【選択図】図４ｂ

Description

本発明は、複数の磁極歯が環状に配設されたステータコアおよび前記複数の磁極歯それぞれに電線を巻回して形成される複数の巻線を有するステータ、および、当該ステータとロータとを備え、ロータとステータの間のリラクタンスの変化を検出することによって回転軸の回転位置を検出するレゾルバに関し、特に、励磁巻線を伝って検出巻線全体に影響する、外部磁界による誘導ノイズを打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができるステータおよびレゾルバに関する。

リラクタンス型レゾルバでは、励磁巻線の渡り部から発生した磁束や外部磁界が、前記励磁巻線の渡り部に近接した検出巻線の渡り部に干渉し、角度検出精度を低下させるという問題点があった。このような問題に対して、ブラシレスタイプ回転検出器では、回転トランスから漏洩する磁束の巻線部への干渉を低減させる検出巻線装置として、１相分の巻線群における同極性の巻線をその巻き初めと巻き終わりが交差するようにして一方向に連続巻きし、前記同極性の磁極の巻回が終了したら巻回方向を反転して残りの逆極性の巻線をその巻き初めと巻き終わりが交差するようにして逆方向に連続巻きして巻線を形成し、角度検出精度の低下を抑制することのできる巻線装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。以下、特許文献１などに開示されている従来の巻線装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、従来のリラクタンス型レゾルバのステータ１０に巻回されている巻線群１４（ＳＩＮ相）を示している。図１に示すステータのステータコア１２は、内径側に歯部を２４個備えており、各歯部において、電線を巻回して巻線を作成している。作成された巻線は直列接続され、検出巻線群１４を形成する。また、各巻線群１４は２歯を１組として相を構成している。図１に示されている黒点は、電線が巻回される歯部の箇所を示している。

図２は図１に示す巻線方法による検出巻線群１４（ＳＩＮ相）の配設パターンをステータコア１２の内径側から見た状態で模式的に示す展開図である。図２を用いて、ＳＩＮ相巻線群１４の配設方法を説明する。

ＳＩＮ相は歯部Ｎｏ（３，４）、（７，８）、（１１，１２）、（１５，１６）、（１９，２０）、（２３，２４）の組で構成されている。また、歯部Ｎｏ（３，４）、（１１，１２）、（１９，２０）の組と歯部Ｎｏ（７，８）、（１５，１６）、（２３，２４）の組は位相が１８０°ずれた構成をとっている。したがって、出力端子Ｓから歯部Ｎｏ３，８，１１，１６，１９，２４の順番に巻回された電線は、歯部Ｎｏ２４にて折り返され、ステータ円周上を逆方向に歯部Ｎｏ２３、２０、１５、１２、７、４の順番に巻回され、出力端子Ｓ⁻（「Ｓ⁻」は、Ｓの上バー付きを示す。以下、他のアルファベットにおいても同じ）に接続される。巻線の巻き回し方向（各歯部への電線の巻き回し方向。図２において、各歯部の下側において矢印で示した方向）は、巻線間の接続方向（図２において、巻線間を接続する電線の上側において矢印で示した方向）と同じとなっている。すなわち、巻線間の接続方向が反時計回りの場合は、巻線の巻き回し方向もステータ内径側からみて反時計回りであり、巻線間の接続方向が時計回りの場合は、巻線の巻き回し方向もステータ内径側からみて時計回りとなっている。

特許第４１９９８２６号公報

図２に示すような検出巻線の配設パターンにおいて、ＳＩＮ相には、巻線間の接続方向が折り返される歯部Ｎｏ２４において、１ターンにはならない隙間が生じるため、各巻線部において巻回数が異なり、角度検出精度が低下する。

また、図５ａに１次側からみたレゾルバの等価回路の概略図を示す。ＳＩＮ相単体では、出力端子から歯部Ｎｏ３，８，１１，１６，１９，２４の順番に巻回され、歯部Ｎｏ２４にて折り返し、ステータ円周上を逆方向に歯部Ｎｏ２３，２０，１５，１２，７，４の順番に巻回され出力端子に接続されている。そのため、巻線間をつなぐ電線は互いに逆向きになり、かつ近接しているため、外部磁界による影響を打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができる。しかし、従来技術では、図５ａに示すように、励磁巻線を伝って検出巻線全体に影響する、外部磁界による誘導ノイズは打ち消すことができず、角度検出精度が低下してしまう。

つまり、特許文献１に記載の技術では、巻線間の接続方向が折り返される歯部において、１ターンにはならない隙間が生じるため、各巻線部において巻回数が異なり、角度検出精度が低下するという問題がある。また、特許文献１に記載の技術は、検出巻線のみでの記載しかなく、検出巻線の各相単体ではノイズによる影響を低減させることができるが、図５ａから励磁巻線を伝って検出巻線全体に影響する、外部磁界による誘導ノイズは打ち消すことができないという問題もあった。したがって、角度検出精度を高めるためには励磁巻線と検出巻線の位相を適切に合わせた技術を考案しなければならない。

そこで、本発明では、各巻線の巻回数を実質的に一致させ、励磁・検出巻線の各巻線間をつなぐ電線を同一方向とすることで、励磁巻線を伝って検出巻線全体に影響する、外部磁界による誘導ノイズを打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができるステータおよびレゾルバを提供することを目的とする。

本発明のステータは、複数の磁極歯が環状に配設されたステータコアと、前記複数の磁極歯それぞれに電線を巻回して形成される複数の巻線と、を有するステータであって、得られる磁束分布が正弦波分布となるように複数の巻線を直列接続することにより１相分の巻線群が形成され、前記１相分の巻線群は、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線から構成される巻線組を複数、直列接続することにより構成され、各巻線組は、当該巻線組を構成する２つの磁極歯における巻線が、ステータ内径側からみて、それぞれ、逆方向に巻回され、各巻線の巻き終わりから延びる電線は、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続される、ことを特徴とする。

他の本発明であるレゾルバは、回転軸に固定され外周に凹凸が設けられた磁性体からなるロータと、前記ロータの周囲において複数の磁極歯が環状に配設されたステータコアおよび前記複数の磁極歯のそれぞれに電線を巻回して形成した複数の巻線を有するステータと、を備え、前記ロータとステータの間のリラクタンスの変化を検出することによって前記回転軸の回転位置を検出するレゾルバであって、１相分の巻線群が、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線から構成される巻線組を複数、直列接続することにより構成され、各巻線組は、当該巻線組を構成する２つの磁極歯における巻線が、ステータ内径側からみて、それぞれ、逆方向に巻回され、前記１相分の巻線群の両端に接続された２つの接続端子は、近接して配置され、各巻線の巻き終わりから延びる電線は、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続される。

この場合、前記ステータは、１相分の励磁巻線群と、２相分の検出巻線群と、を有し、前記励磁巻線群と前記検出巻線群それぞれの両端に接続された６つの接続端子が全て近接して配置されている、ことが望ましい。

本発明によれば、各巻線の巻回数を実質的に一致させ、励磁・検出巻線の各巻線間をつなぐ電線を同一方向とすることができる。そして、その結果、励磁巻線を伝って検出巻線全体に影響する、外部磁界による誘導ノイズを打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができる。

従来技術における巻線群の配設パターンの一例を示す図である。図１に示す検出巻線群の配設パターンをステータの内径側から見た状態を模式的に示す展開図である。本発明の実施形態における励磁巻線群の配設パターンを示す図である。本発明の実施形態における検出巻線群（ＳＩＮ相）の配設パターンを示す図である。本発明の実施形態における検出巻線群（ＣＯＳ相）の配設パターンを示す図である。図３ａに示す配設パターンを、ステータの内径側から見た状態を模式的に示す展開図である。図３ｂに示す配設パターンを、ステータの内径側から見た状態を模式的に示す展開図である。図３ｃに示す配設パターンを、ステータの内径側から見た状態を模式的に示す展開図である。従来のレゾルバの等価回路を示す図である。本実施形態のレゾルバの等価回路を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３ａ〜図３ｃは、本発明の実施の形態であるリラクタンス型レゾルバにおいてステータ１０に巻回された巻線の概略図である。図３ａは励磁巻線群１８を、図３ｂは検出巻線群１４（ＳＩＮ相）を、図３ｃは検出巻線群１６（ＣＯＳ相）をそれぞれ示している。図３ａ〜図３ｃに示すように、レゾルバのステータコア１２は、内径側に歯部を２４個備えており、各歯部に電線が巻回されて巻線が作成されている。本実施形態のステータ１０は、１相分の励磁巻線群１８と、２相分の検出巻線群１４（ＳＩＮ相およびＣＯＳ相）を備えている。各相の巻線群１４，１６，１８は、複数個の巻線を直列接続することにより構成される。なお、図３に示されている黒点は、各電線が巻回される歯部を示している。

図４ａは図３ａに示す励磁巻線群１８の配設パターンをステータ１０の内径側から見た状態で模式的に示す展開図である。図４ａを用いて、励磁巻線群１８の配設パターンを説明する。

図３ａおよび図４ａに示すように、励磁巻線群１８は隣接する歯部において磁束の向きが逆向きになるよう巻回されている。また、励磁巻線群１８は、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線からなる巻線組を複数組、直列に接続することにより構成される。本実施形態では、励磁巻線群１８は、歯部Ｎｏ（１，２）、（３，４）、（５，６）、（７，８）、（９，１０）、（１１，１２）、（１３，１４）、（１５，１６）、（１７，１８）、（１９，２０）、（２１，２２）、（２３，２４）の１２組で構成されている。

励磁巻線群１８は、電線を、出力端子Ｅからステータ１０円周上で反時計回りに渡し、歯部Ｎｏ２に巻回し、当該Ｎｏ２への巻回が終了したら、ステータ１０円周上で反対方向（時計回り方向）に折り返し、次の歯部（Ｎｏ１）に巻回する。そして、歯部Ｎｏ１への電線の巻回が終わったら、当該電線を、再度ステータ１０円周上で反対方向（反時計回り方向）に折り返して、次の歯部（Ｎｏ６）に渡す。そして、その後も同様の手順で、歯部Ｎｏ５，１０，９，１４，１３，１８，１７，２２，２１，２３，１９，２０，１５，１６，１１，１２，７，８，３，４，２４の順番に巻回を繰り返していき、最終的に、電線は出力端子Ｅ⁻に接続される。つまり、全ての歯部において、巻線の巻き終わりから延びる電線が、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続されるように、電線が渡されている。

また、巻線の巻回方向は、隣り合う２つの磁極歯において、ステータ１０内径側からみてそれぞれが逆方向に巻回されており、歯部Ｎｏ［２ｎ（ｎ＝１，・・・，１２）］はステータ１０内径側からみて反時計回りに巻回され、歯部Ｎｏ［２ｎ−１（ｎ＝１，…，１２）］はステータ１０内径側からみて時計回りに巻回されている。

次に、検出巻線群１４，１６について図４ｂおよび図４ｃを用いて説明する。検出巻線群はＳＩＮ相の巻線群１４とＣＯＳ相の巻線群１６の２相ある。各検出巻線群１４，１６は、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線からなる巻線組を複数組、直列に接続することにより構成される。本実施形態において、ＳＩＮ相は歯部Ｎｏ（３，４）、（７，８）、（１１，１２）、（１５，１６）、（１９，２０）、（２３，２４）の組で構成されている。また、歯部Ｎｏ（３，４）、（１１，１２）、（１９，２０）の組と、歯部Ｎｏ（７，８）、（１５，１６）、（２３，２４）の組は、位相が１８０°ずれた構成をとっている。

ＳＩＮ相を構成する電線は、出力端子Ｓからステータ１０円周上で反時計回りに延び、歯部Ｎｏ４に巻回された後、ステータ１０円周上で反対方向（時計回り方向）に折り返されて、歯部Ｎｏ３へと向かう。そして、Ｎｏ３に巻回された電線は、当該巻回が終了したら、再度ステータ１０円周上で反対方向（反時計回り方向）に折り返される。以降も同様の手順で、歯部Ｎｏ１２，１１，２０，１９，２３，１５，１６，７，８，２４の順番に、電線が巻回されていき、最終的に、出力端子Ｓ⁻に電線が接続される。つまり、ＳＩＮ相の検出巻線群１４においても、巻線の巻き終わりから延びる電線が、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続されるように、電線が渡されている。

また、ＳＩＮ相を構成する巻線の巻回方向は、隣り合う２つの磁極歯においてステータ１０内径側からみてそれぞれが逆方向に巻回されている。すなわち、歯部Ｎｏ３，８，１１，１６，１９，２４はステータ１０内径側からみて反時計回りに巻回され、歯部Ｎｏ４，７，１２，１５，２０，２３はステータ１０内径側からみて時計回りに巻回されている。

次に、ＣＯＳ相の検出巻線群１６について説明する。ＣＯＳ相の検出巻線群１６は歯部Ｎｏ（１，２）、（５，６）、（９，１０）、（１３，１４）、（１７，１８）、（２１，２２）の組で構成されている。また、歯部Ｎｏ（１，２）、（９，１０）、（１７，１８）の組と、歯部Ｎｏ（５，６）、（１３，１４）、（２１，２２）の組は、位相が１８０°ずれた構成をとっている。

ＣＯＳ相を構成する電線は、出力端子Ｃからステータ１０円周上で反時計回りに延び、歯部Ｎｏ２に巻回された後、ステータ１０円周上で反対方向（時計回り方向）に折り返されて、歯部Ｎｏ１へと向かう。そして、Ｎｏ１に巻回された電線は、当該巻回が終了したら、再度ステータ１０円周上で反対方向（反時計回り方向）に折り返される。以降も同様の手順で、歯部Ｎｏ１０，９，１８，１７，２１，１３，１４，５，６，２２の順番に、電線が巻回されていき、最終的に、出力端子Ｃ⁻に電線が接続される。つまり、ＣＯＳ相の検出巻線群１６においても、巻線の巻き終わりから延びる電線が、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続されるように、電線が渡されている。

ＣＯＳ相を構成する巻線の巻回方向は、隣り合う２つの磁極歯においてステータ１０内径側から見てそれぞれが逆方向に巻回されている。したがって、歯部Ｎｏ１，６，９，１４，１７，２２はステータ１０内径側からみて時計回りに巻回され、歯部Ｎｏ２，５，１０，１３，１８，２１はステータ１０内径側からみて反時計回りに巻回されている。

ここで、図４ａに示すような励磁巻線群１８の配設パターンでは、励磁巻線群１８は出力端子Ｅから歯部Ｎｏ２，１，６，５，１０，９，１４，１３，１８，１７，２２，２１，２３，１９，２０，１５，１６，１１，１２，７，８，３，４，２４の順番に巻回され、出力端子Ｅ⁻に接続されている。そして、巻線間をつなぐ電線は互いに逆向きになり、かつ近接しているため、外部磁界による影響を打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができる。

また、図４ｂに示すようなＳＩＮ相の検出巻線の配設パターンでは、ＳＩＮ相は出力端子Ｓから歯部Ｎｏ４，３，１２，１１，２０，１９，２３，１５，１６，７，８，２４の順番に巻回され、出力端子Ｓ⁻に接続されている。そして、巻線間をつなぐ電線は互いに逆向きになり、かつ近接しているため、外部磁界による影響を打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができる。

ＳＩＮ相と同様に、図４ｃに示すようなＣＯＳ相の検出巻線群１６の配設パターンでも、ＣＯＳ相は出力端子Ｃから歯部Ｎｏ２，１，１０，９，１８，１７，２１，１３，１４，５，６，２２の順番に巻回され出力端子Ｃ⁻に接続されている。そして、巻線間をつなぐ電線は互いに逆向きになり、かつ近接しているため、外部磁界による影響を打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができる。

また、歯部を巻回した後、ステータ１０円周上で電線を折り返すことを繰り返しているため、励磁・検出巻線群１４，１６，１８を構成する全ての巻線の入り口側巻線と出口側巻線の重なり方が同じになる。その結果、各巻線において巻回数が実質的に一致するため、角度検出精度を高めることができる。

また、６つの接続端子は全て近接して配置され、励磁・検出巻線群１４，１６，１８それぞれの巻線をつなぐ電線の方向が同一であり、それぞれの巻線は近接している。そのため、本実施形態におけるレゾルバの等価回路の概略図は図５ｂのようになる。この場合、励磁巻線を伝って検出巻線全体に影響する、外部磁界による誘導ノイズを打ち消すことができ、角度検出精度を高めることができる。

なお、励磁巻線の磁極歯の巻回方向を、歯部Ｎｏ［２ｎ（ｎ＝１，・・・，１２）］をステータ１０内径側からみて時計回りに巻回し、歯部Ｎｏ［２ｎ−１（ｎ＝１，・・・，１２）］をステータ１０内径側からみて反時計回りに巻回した場合においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、検出巻線についても同様に、ＳＩＮ相巻線の磁極歯の巻回方向を、歯部Ｎｏ３，８，１１，１６，１９，２４をステータ１０内径側からみて時計回りに巻回し、歯部Ｎｏ４，７，１２，１５，２０，２３をステータ１０内径側からみて反時計回りに巻回してもよい。同様に、ＣＯＳ相巻線の磁極歯の巻回方向も、歯部Ｎｏ１，６，９，１４，１７，２２をステータ１０内径側からみて反時計回りに巻回し、歯部Ｎｏ２，５，１０，１３，１８，２１をステータ１０内径側からみて時計回りに巻回してもよい。また、本実施形態では、歯部が２４個の場合を例示したが、当然他の歯数のレゾルバに応用されてもよい。

１０ステータ、１２ステータコア、１４ＳＩＮ相の検出巻線群、１６ＣＯＳ相の検出巻線群、１８励磁巻線群。

Claims

複数の磁極歯が環状に配設されたステータコアと、前記複数の磁極歯それぞれに電線を巻回して形成される複数の巻線と、を有するステータであって、
得られる磁束分布が正弦波分布となるように複数の巻線を直列接続することにより１相分の巻線群が形成され、
前記１相分の巻線群は、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線から構成される巻線組を複数、直列接続することにより構成され、
各巻線組は、当該巻線組を構成する２つの磁極歯における巻線が、ステータ内径側からみて、それぞれ、逆方向に巻回され、
各巻線の巻き終わりから延びる電線は、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続される、
ことを特徴とするステータ。
回転軸に固定され外周に凹凸が設けられた磁性体からなるロータと、前記ロータの周囲において複数の磁極歯が環状に配設されたステータコアおよび前記複数の磁極歯のそれぞれに電線を巻回して形成した複数の巻線を有するステータと、を備え、前記ロータとステータの間のリラクタンスの変化を検出することによって前記回転軸の回転位置を検出するレゾルバであって、
１相分の巻線群が、隣り合う２つの磁極歯に巻回された二つの巻線から構成される巻線組を複数、直列接続することにより構成され、
各巻線組は、当該巻線組を構成する２つの磁極歯における巻線が、ステータ内径側からみて、それぞれ、逆方向に巻回され、
前記１相分の巻線群の両端に接続された２つの接続端子は、近接して配置され、
各巻線の巻き終わりから延びる電線は、当該巻線の巻き始めに接続される電線と、逆方向になるように折り返されて、次の巻線の巻き始め、または、接続端子に接続される、
ことを特徴とするレゾルバ。
前記ステータは、１相分の励磁巻線群と、２相分の検出巻線群と、を有し、
前記励磁巻線群と前記検出巻線群それぞれの両端に接続された６つの接続端子が全て近接して配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載のレゾルバ。