JP2013096763A - レゾルバのロータ鉄芯、ロータおよびレゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】軸倍角１および軸倍角１以外のレゾルバにおいて、ロータ鉄芯への巻線作業をより単純化でき、それにより製造時間の短縮と歩留まりの改善を実現でき、レゾルバの多極化を容易化できるレゾルバを提供すること。
【解決手段】ロータ鉄芯１０は周方向の断面形状が開放端を径方向の外周側に向けた略コの字形であり、略コの字形の一方の縦立部をなす第一側壁列と、他方の縦立部をなす第二側壁列と、両側壁列の間の底部をなす基底部９とから構成され、第一側壁列は複数の側壁部７１１、７１２、・・・と欠切部７２１、７２２、・・・とが周方向に交互に配置されて形成され、第二側壁列も複数の側壁部８１１、８１２、・・・と欠切部とが周方向に交互に配置されて形成され、第二側壁列の側壁部８１１等と欠切部等の配置は、第一側壁列におけるそれらの配置とは周方向上の位置をずらしてなされた構成である。
【選択図】図１

Description

本発明はレゾルバのロータ鉄芯、ロータおよびレゾルバに係り、特に回転型レゾルバの製造において、ロータ鉄芯への巻線作業を単純化できることによって製造時間の短縮と歩留まりの改善を実現でき、多極化を容易化することもできる、レゾルバのロータ鉄芯、ロータおよびレゾルバに関するものである。

回転位置検出器の一つである回転型レゾルバ（以下、「レゾルバ」という。）は、励磁側巻線を交流電圧により励磁すると、回転角度によって出力側巻線において誘起される交流の出力電圧の位相もしくは振幅が変化することを利用して、回転機器の回転角度を検出するものである。作動原理はトランスと共通するが、トランスにおける鉄芯がロータとステータに分かれている点が異なる。レゾルバは、高温、高振動等の環境下でも使用でき、故障しにくく、さらにノイズにも強いため、高度な信頼性を要求される機器の検出器として広く用いられている。

さて、図４は、従来のレゾルバのロータ鉄芯の構成例を示す平面図（ａ）、および半断面図である。また、
図５は、図４のロータ鉄芯を用いた従来のロータの構成を示す側方半断面図（ａ）、および端面図である。これらに図示するように従来のレゾルバでは、回転角度検出における電気角に対応する機械角を示す軸倍角は、ロータ鉄芯４１０に設けるティース４１の数によって設計されている。つまり所定の軸倍角を得るために、たとえば２０個や１１個等といったティース４１が設けられる。そしてレゾルバを多極化する場合には、ティース４１をさらに増やす必要があり、ティース４１に施される巻線４１５の構成も複雑なものとなる。

なお、本願出願人は先に、軸倍角が１のレゾルバにおけるロータ巻線作業低減を解決することを目的とする特許出願を行った（特許文献１）。これは、ロータ鉄芯のスロットまたはティースが２個のみからなる構成の軸倍角が１のレゾルバであるが、スロットまたはティースが２個のみのため巻線を施すティースは２箇所だけで済み、ロータ鉄芯に多数のティースが設けられていた従来のレゾルバと比べて、巻線作業を必要最低限に留めることができる。したがって、軸倍角１のレゾルバの場合には有効な手段である。

特開２０１０−１０１７１６号公報「レゾルバ」

さて、軸倍角１の場合は上述の発明によって巻線作業を低減できるが、ティースが２０個や１１個等といったより大きい軸倍角仕様のレゾルバにおいてロータ鉄芯に巻線を行う場合は、多くのティースに巻線作業を施す必要があり、数百ターンもの巻線作業が必要な場合もある。また、巻線パターンは複雑であるため、そもそも非常に時間のかかる作業でもある。そして、巻線作業過程においては失敗も生じるため、歩留まり改善も課題となっている。結局、軸倍角数を多くしてレゾルバを多極化することは、従来技術においては容易なことではない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、軸倍角１および軸倍角１以外のレゾルバの製造においても、ロータ鉄芯への巻線作業をより単純化でき、それによって製造時間の短縮と歩留まりの改善を実現でき、レゾルバの多極化を容易化することのできる、レゾルバのロータ鉄芯、ロータおよびレゾルバを提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、ロータ鉄芯における巻線を、ロータトランスコイルと同じようにロータ軸の周方向に巻き、磁気回路を巻線の上下において交互に配置することで信号を伝達する構造に想到し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

（１） ロータトランスとロータ鉄芯とを備えてなるレゾルバのロータにおけるロータ鉄芯であって、該ロータ鉄芯は、周方向の断面形状が開放端を径方向の外周側に向けた略コの字形であり、また略コの字形の一方の縦立部をなす第一側壁列と、他方の縦立部をなす第二側壁列と、両側壁列の間の底部をなす基底部とから構成され、該第一側壁列および該第二側壁列はそれぞれ複数の側壁部と欠切部とが周方向に交互に配置されて形成され、該第二側壁列の該側壁部と該欠切部の配置は該第一側壁列におけるそれとは周方向上の位置をずらしてなされており、該基底部上には周方向上にコイルを巻くことの可能な、レゾルバのロータ鉄芯。
（２） 前記第一側壁列と第二側壁列とにおいて一方の側壁部と他方の欠切部とが対向するように、各側壁部および欠切部が設けられることを特徴とする、（１）に記載のレゾルバのロータ鉄芯。

（３） （１）または（２）に記載のロータ鉄芯を備えていることを特徴とする、レゾルバのロータ。
（４） 前記ロータ鉄芯に巻線が施されていることを特徴とする、（３）に記載のレゾルバのロータ。
（５） （４）に記載のロータが設けられていることを特徴とする、レゾルバ。

本発明のレゾルバのロータ鉄芯、ロータおよびレゾルバは上述のように構成されるため、これによれば、軸倍角１および軸倍角１以外のレゾルバの製造においても、複雑な作業であるロータ鉄芯への巻線作業をより単純化でき、それによって製造時間の顕著な短縮と歩留まりの改善を実現でき、レゾルバの多極化を容易化することができる。すなわち本発明では、ロータ鉄芯への巻線を、軸周方向へ巻くだけの単純な構成のものとすることができるため、従来のように多くのティースに巻線作業を施す必要がなくなる。

さらに、従来はロータ鉄芯の巻線作業にフォーマーが必要で、ロータ鉄芯用の巻線機とロータトランス用の巻線機は別個に揃えて作業する必要があったが、本発明によれば、ロータトランス用の巻線機と、ロータ鉄芯用巻線機とを共通化し、一台のみの巻線機によって作業を行うことができる。また、巻線作業過程におけるミス発生もなくなり、歩留まりを改善することができる。そして、そもそもロータ鉄芯のティース部を全く設けない構成とすることができるため、軸倍角数を多くしてレゾルバを多極化することが、極めて容易である。

本発明のロータ鉄芯の構成例を示す平面図（ａ）、およびＢ−Ｏ−Ｂ’断面図（ｂ）である。 図１のロータ鉄芯を展開した状態の平面図である。 図１のロータ鉄芯を展開した状態の一部斜視図である。 図２に巻線と電流と磁束を追加した説明図である。 図１のロータ鉄芯を用いた本発明ロータの構成を示す側方半断面図である。 図３Ａのロータの端面図である。 従来のレゾルバのロータ鉄芯の構成例を示す平面図（ａ）、および半断面図である。 図４のロータ鉄芯を用いた従来のロータの構成を示す側方半断面図（ａ）、および端面図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のロータ鉄芯の構成例を示す平面図（ａ）、およびＢ−Ｏ−Ｂ’断面図（ｂ）である。また、
図２は図１のロータ鉄芯を展開した状態の平面図、図２−２は図１のロータ鉄芯を展開した状態の一部斜視図である。これらに図示するように本発明のロータ鉄芯１０は、ロータトランスとともにレゾルバのロータ（後掲図３Ａ等の「３０」）を構成するものであって、周方向の断面形状が開放端を径方向の外周側に向けた略コの字形であり、また略コの字形の一方の縦立部をなす第一側壁列７と、他方の縦立部をなす第二側壁列８と、両側壁列７、８の間の底部をなす基底部９とから構成され、第一側壁列７は複数の側壁部７１１、７１２、・・・と欠切部７２１、７２２、・・・とが周方向に交互に配置されて形成され、第二側壁列８も複数の側壁部８１１、８１２、・・・と欠切部８２１、８２２、・・・とが周方向に交互に配置されて形成され、第二側壁列８の側壁部８１１等と欠切部８２１等の配置は、第一側壁列７におけるそれらの配置とは周方向上の位置をずらしてなされていることを、主たる構成とする。

かかる構成により本ロータ鉄芯１０によれば、ロータトランスコイルにおけるコイルの巻き方と同じように、第一側壁列７と第二側壁列８とにより両側面方向を規制された基底部９上において周方向上にコイルを巻くことが可能であり、そのようにコイルが巻かれて本ロータ鉄芯１０の巻線が形成される。なお本発明ロータ鉄芯１０は、図４等に示した従来のロータ鉄芯とは全く異なる鉄芯構造により、ただ基底部９上の周方向上に単純にコイルを巻いて巻線とするだけの構成によって、レゾルバとして機能する。

すなわち本発明ロータ鉄芯１０では、第一側壁列７と第二側壁列８とにおいて一方の側壁部と他方の欠切部とが対向するように、各側壁部７１１、８１１等および欠切部７２１、８２１等が配置されているという特徴的な構成によって、磁気回路はコイル（巻線）の左右両側に交互にカーブを描くように形成され得るため、レゾルバとしての機能を発揮できる。

図２−３は、図２に巻線と電流と磁束を追加した説明図である。本図を用いて、磁気回路の形成とレゾルバとしての構成について、さらに説明する。なお本図においては、側壁部その他に符号を付さないが、図２に付した符号を用いつつ説明を行う。
図２−３において、巻線に右方向の電流が流れると、第一側壁列７の複数の側壁部７１１、７１２、・・・と欠切部７２１、７２２、・・・には、紙面（図の記載された平面。以下も同様。）から飛び出す方向に磁束が発生する。この方向の磁束は、符号Ｐを付した記号で表す。

また、第二側壁列８の複数の側壁部８１１、８１２、・・・と欠切部８２１、８２２、・・・には、紙面へ入り込む方向に磁束が発生する。この方向の磁束は、符号Ｑを付した記号で表す。いずれの磁束とも、側壁部では大きく、欠切部では小さい。なお磁束の大きさは、各記号の大小にて示す。

図示するロータ鉄芯はステータ鉄芯（図示せず）と対向し、ロータ鉄芯にて発生した磁束は、ステータ鉄芯に鎖交するが、第一側壁列７の磁束と第二側壁列８の磁束は、ロータ鉄芯の回転軸方向（図では縦方向）の部位ごとの合計として鎖交する。すなわち、
〈ア〉側壁部７１１と欠切部８２４の合計
〈イ〉欠切部７２１と側壁部８１１の合計
〈ウ〉側壁部７１２と欠切部８２１の合計
〈エ〉欠切部７２２と側壁部８１２の合計
・・・
からなる各磁束が、ステータ鉄芯に鎖交する。

各部位にて発生する磁束は次のとおりである。
〈ア〉は、側壁部７１１がＰで大の磁束、欠切部８２４がＱで小の磁束なので、合計はＰの磁束となる。
〈イ〉は、欠切部７２１がＰで小の磁束、側壁部８１１がＱで大の磁束なので、合計はＱの磁束となる。
〈ウ〉は、〈ア〉と同様、Ｐの磁束となる。
〈エ〉は、〈イ〉と同様、Ｑの磁束となる。
このようにして、周方向のＰとＱが交互に変化して磁束が発生し、その磁束の大きさが周方向に正弦波状に変化することで、レゾルバのロータ鉄芯として機能する。

なお各図では、両側壁列７、８を構成する「側壁部−欠切部」組の数をともに四としているが、これは軸倍角４の場合を示す一例である。本発明はこれに限定されず、たとえば軸倍角２、３、５、あるいは１０以上など、所望の軸倍角に合わせて、「側壁部−欠切部」組を任意の数にて設けることができる。

図３Ａは、図１のロータ鉄芯を用いた本発明ロータの構成を示す側方半断面図である。また、図３Ｂは図３Ａのロータの端面図である。これらに図示するように、上述したロータ鉄芯１０を用いて構成されるレゾルバのロータ３０も、巻線の有無に関わらず、本発明の範囲内である。また、かかるロータ３０を用いて構成されるレゾルバも、本発明の範囲内である。

本発明のレゾルバのロータ鉄芯、ロータおよびレゾルバによれば、軸倍角１および軸倍角１以外のレゾルバの製造において、複雑な作業であるロータ鉄芯への巻線作業をより単純化でき、それによって製造時間の顕著な短縮とミス発生の防止、歩留まりの改善を実現でき、また、ロータ鉄芯のティース部がなくなったため、レゾルバの多極化を容易化することができる。したがって、センサ製造分野およびセンサ利用のあらゆる産業分野において利用性が高い発明である。

７…第一側壁列
８…第二側壁列
９…基底部
１０…ロータ鉄芯
１５…ロータ鉄芯巻線
２０…ロータトランス
２５…ロータトランス巻線
２６…軸
３０…レゾルバのロータ
７１１、７１２、７１３、７１４、８１１、８１２、８１３、８１４…側壁部
７２１、７２２、７２３、７２４、８２１、８２２、８２３、８２４…欠切部

４１…ティース
４１０…ロータ鉄芯
４１５…ロータ鉄芯巻線
４２０…ロータトランス
４２５…ロータトランス巻線
４２６…ロータ軸
４３０…レゾルバのロータ

Claims (5)

1. ロータトランスとロータ鉄芯とを備えてなるレゾルバのロータにおけるロータ鉄芯であって、該ロータ鉄芯は、周方向の断面形状が開放端を径方向の外周側に向けた略コの字形であり、また略コの字形の一方の縦立部をなす第一側壁列と、他方の縦立部をなす第二側壁列と、両側壁列の間の底部をなす基底部とから構成され、該第一側壁列および該第二側壁列はそれぞれ複数の側壁部と欠切部とが周方向に交互に配置されて形成され、該第二側壁列の該側壁部と該欠切部の配置は該第一側壁列におけるそれとは周方向上の位置をずらしてなされており、該基底部上には周方向上にコイルを巻くことの可能な、
   レゾルバのロータ鉄芯。
2. 前記第一側壁列と第二側壁列とにおいて一方の側壁部と他方の欠切部とが対向するように、各側壁部および欠切部が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のレゾルバのロータ鉄芯。
3. 請求項１または２に記載のロータ鉄芯を備えていることを特徴とする、レゾルバのロータ。
4. 前記ロータ鉄芯に巻線が施されていることを特徴とする、請求項３に記載のレゾルバのロータ。
5. 請求項４に記載のロータが設けられていることを特徴とする、レゾルバ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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