JP2018533739A

JP2018533739A - レゾルバ

Info

Publication number: JP2018533739A
Application number: JP2018524731A
Authority: JP
Inventors: イ，ウォン−ヨン; ナ，ビュン−チョル; シン，ダ−ヘ; イ，ソン−ウォク; チェ，ヨン−モク
Original assignee: LS Automotive Technologies Co Ltd
Current assignee: LS Automotive Technologies Co Ltd
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2018-11-15
Also published as: DE212015000328U1; US20180306604A1; WO2017082463A1; US10655987B2; CN206250940U; KR20170056313A

Abstract

外部ノイズに強く、回転角度検出の誤差を減らしたレゾルバが開示される。本発明の一面によるレゾルバは、内側に複数の歯とスロットとが交互に形成される磁性材質の固定子と、内側に前記歯に対応する歯絶縁部が形成され、前記固定子の上下両面から前記固定子に取り付けられる絶縁カバーと、前記歯絶縁部を介して前記歯に巻き取られるコイルと、を含み、前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．６９以上かつ１以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、回転する装置の回転角度を検出する装置に関し、より詳しくは、レゾルバに関する。

本出願は、２０１５年１１月１３日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１５９８３１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

回転する装置、例えば、電動機を制御するときは、回転情報を精密かつ迅速に検出しなくてはならない。詳しくは、回転する装置の制御に際し、回転軸に設けた回転角度検出装置によって回転体の動きまたは回転位置を正確に測定すべきである。このような方法で採択され使われてきた検出器としては、レゾルバ（ｒｅｓｏｌｖｅｒ）とエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）があり、これらの検出装置は互いに長所及び短所を有している。このうち、レゾルバは、回転子の絶対位置を直接的に検知して回転子の位置変化から回転方向及び回転速度を計算する。

車両にはバッテリーによってモータを回転させることで、ハンドル操作を補助する電動式パワーステアリング（ＥＰＳ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇ）が採用されている。電動式パワーステアリングは、エンジンの回転によって油圧を発生させた場合に比べ、エンジンのパワーロスが少ない効率的なシステムとして注目されている。ＥＰＳは、精密な制御を実現することから、モータの回転角度を精度よく検出する回転角度検出装置が必要となり、そこで、回転角度検出装置は、高い信頼性が求められる。このような車両用の回転角度検出装置として、エンコーダに比べて高い耐環境性を有するレゾルバが用いられている。

レゾルバは、モータの回転速度及び回転角度を精密に測定するためのセンサの一種である。一般的に、レゾルバは、励磁コイルと出力コイルとが、ともに固定子に位置し、楕円または多極の形状を有した回転子が前記固定子の内側に位置する比較的単純な構造を有する。このような構造のレゾルバについては、特開１９９６−１７８６１０号公報などに開示されている。

図１は、前記公開特許公報に添付された図面であり、レゾルバは、回転軸が貫通する回転子１０と、その回転子１０に対してギャップを置いて向い合う環状の固定子１１とを含む。回転子１０には、外周に沿って複数の突極部１０ａが形成され、環状の固定子１１には、内周に沿って複数の歯１１ｂとスロット１１ａとが交互に形成される。そして、固定子１１の歯１１ｂには励磁コイルと出力コイルとが巻き取られ、スロット１１ａに励磁コイルと出力コイルとが収納され、出力コイルは、第１出力コイルと第２出力コイルとで構成される。励磁コイルに励磁電圧を印加して回転軸を回転させれば、第１出力コイル及び第２出力コイルからｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号が出力され、この信号を分析することでレゾルバの回転角度が分かる。

このように、レゾルバにおいて固定子１１の歯１１ｂに巻き取られるコイルは、信号を入力及び出力する重要な要素であるため、レゾルバのような回転角度検出装置においては、コイルを巻き取るとき、精密な設計が求められる。例えば、コイルの巻取に際し、不均一にコイルが巻き取られる場合、出力波形に高調波出力が発生するか、隣接する二つの歯１１ｂに巻き取られたコイル間の電気的干渉を起こし、回転角度検出における誤差を発生させる。また、歯１１ｂに多くのコイルが巻き取られる場合、歯１１ｂの間のスロット１１ａにおけるコイルが占める面積が大きくなり、隣接する二つの歯１１ｂに巻き取られたコイル間の電気的干渉を起こして誤差を誘発する一方、歯１１ｂに巻き取られるコイルが少ない場合、出力コイルの誘導電圧の変圧比が低下することによって外部のノイズに弱くなるという短所がある。

特開１９９６−１７８６１０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部のノイズに強く、かつ回転角度検出の誤差を減らしたレゾルバを提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明の一面によるレゾルバは、内側に複数の歯とスロットとが交互に形成される磁性材質の固定子と、内側に前記歯に対応する歯絶縁部が形成され、前記固定子の上下両面から前記固定子に取り付けられる絶縁カバーと、前記歯絶縁部を介して前記歯に巻き取られるコイルと、を含み、前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．６９以上かつ１以下である。

前記巻き取られるコイルのうち、最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．８以上かつ１以下であり得る。

前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおける前記コイルが占める面積比である、下記の数式で表されるスロット当たりコイルの占積率が、３５％以下であり得る。
＜数式＞

前記スロット当たりコイルの占積率が、３％以上であり得る。

前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおいて、隣接する二つの歯に巻き取られたコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上であり得る。

前記レズルバは、回転軸を中心として回転しながら、前記固定子と協働してギャップパーミアンス（ｇａｐｐｅｒｍｅａｎｃｅ）を変化させる磁性材質の回転子をさらに含むことができる。

前記回転子が、前記固定子の内側中心に配置されるインナー（ｉｎｎｅｒ）タイプの回転子であり得る。

前記回転子と前記固定子とは、所定厚さの磁性鋼板が複数積層してなる積層鋼板であり得る。

前記固定子は、内側に複数の歯とスロットとが交互に形成されるように前記磁性鋼板を環状加工して積層したものであり得る。

前記回転子は、中心部に回転軸が挿通する貫通孔を有し、外周には前記ギャップパーミアンスを変化させるための複数の突極を有し、環状であり得る。

前記突極が、少なくとも前記回転子の直径よりも小さい直径を有する円弧状であり得る。

前記円弧の中心が前記回転子の中心から所定距離に離隔して配置され、前記複数の突極を構成する円弧の直径が互いに同一であり得る。

前記目的を達成するために、本発明の他面によるレゾルバは、内側に複数の歯とスロットとが交互に形成される磁性材質の固定子と、内側に前記歯に対応する歯絶縁部が形成され、前記固定子の上下両面から前記固定子に取り付けられる絶縁カバーと、前記歯絶縁部を介して前記歯に巻き取られるコイルと、を含み、前記巻取されるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、０．８３以上かつ１以下であり、前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最短巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、１以上かつ１．１６以下である。

前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．６９以上かつ１以下であり得る。

前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、０．８９以上かつ１以下であり、前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最短巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、１以上かつ１．１以下であり得る。

前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．８以上かつ１以下であり得る。

前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおける前記コイルが占める面積比である下記の数式で表されるスロット当たりコイルの占積率が、３５％以下であり得る。

＜数式＞

前記レゾルバは、回転軸を中心として回転しながら、前記固定子と協働してギャップパーミアンスを変化させる磁性材質の回転子をさらに含むことができる。

前記回転子が、前記固定子の内側中心に配置されるインナータイプの回転子であり得る。

前記回転子が、中心部に回転軸が挿通する貫通孔を有し、外周には前記ギャップパーミアンスを変化させるための複数の突極を有し、環状であり得る。

前記円弧の中心が前記回転子の中心から所定距離に離隔して配置され、前記複数の突極を構成する円弧の直径が互いに同一のものであり得る。

本発明によるレゾルバは、外部ノイズに強く、かつ出力波形の正確度を高めることで、モータのような回転装置の回転角度を精度よく測定することができる。

本発明によるレゾルバは、隣接する歯で発生する磁束間の干渉を減らし、製品の性能を改善することができる。

図１は、従来技術によるレゾルバを示した図である。図２は、本発明の一実施例によるレゾルバの斜視図である。図３は、図２のレゾルバの部分平面図である。図４は、本発明の一実施例によるレゾルバの回転子を示した図である。図５は、本発明の一実施例によるコイルの巻取形状を示したレゾルバの部分水平断面図である。図６は、本発明の一実施例による巻取幅を説明するためのレゾルバの部分水平断面図である。図７は、本発明の一実施例によるレゾルバのテスト環境を示した図である。図８は、各サンプルレゾルバのｌｍｉｎ／ｌｍａｘ割合による最大誤差率を示したグラフである。図９は、各サンプルレゾルバのｌｍｅａｎ／ｌｍａｘ割合による最大誤差率を示したグラフである。図１０は、各サンプルレゾルバのｌｍｅａｎ／ｌｍｉｎ割合による最大誤差率を示したグラフである。図１１は、図３におけるＡ部分の拡大図である。図１２は、本発明の一実施例によるコイル間の最短離隔距離を示した図である。図１３は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図１４は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図１５は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図１６は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図１７は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図１８は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図１９は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図２０は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。図２１は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフである。

上述の目的、特徴及び長所は、添付された図面及び以下の詳細な説明を通じてより明らかになり、それによって本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者が本発明の技術的思想を容易に実施することが可能であろう。なお、本発明の説明にあたり、本発明に関連する公知技術ついての具体的な説明が、不要に本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その詳細な説明を略する。以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。

図２は、本発明の一実施例によるレゾルバの斜視図であり、図３は、図２のレゾルバの部分平面図であり、図４は、本発明の一実施例によるレゾルバの回転子を示した図である。

図２〜図４を参照すれば、本実施例によるレゾルバは、回転子３００、内周に沿って複数の歯１１１とスロット１１２とが交互に形成される磁性材質の固定子１１０と、前記固定子１１０の上下両面に装着される環状の絶縁カバー１２０、その絶縁カバー１２０を介して各歯１１１に巻き取られるコイル１４０を含む。

回転子３００は、中心部に回転軸が挿通する貫通孔３０１が形成されている環状の強磁性体である。回転子３００は、所定の厚さの磁性鋼板を積層して形成することができる。回転子３００は、固定子１１０の内側中心に配置されるインナー（ｉｎｎｅｒ）タイプの強磁性体であって、回転軸を中心に回転しながら前記固定子１１０と協働してギャップパーミアンス（ｇａｐｐｅｒｍｅａｎｃｅ）を変換するために、外周に沿って複数の突極が形成されている。この際、回転子３００の突極は、回転子３００の直径Ｒ１よりも小さい直径Ｒ２を有する円弧形状である。突極の円弧の中心Ｃ２は、回転子３００の中心Ｃ１から所定距離に離隔して配置され、各突極の円弧の直径Ｒ２は、互いに同一であってもよい。

固定子１１０は、その回転子３００に対してギャップを置いて向い合い、内周に沿って複数の歯１１１が互いに所定間隔を有して形成され、隣接する歯１１１の間にはスロット１１２が形成される、環状の強磁性体である。固定子１１０は、内側に複数の歯１１１とスロット１１２とが交互に形成されるように磁性鋼板を環状加工して積層することで製作することができる。

絶縁カバー１２０は、固定子１１０の上下両面に取り付けられるため、上部絶縁カバー及び下部絶縁カバーで構成される。絶縁カバー１２０には、内周に沿って一定の間隔を有して固定子１１０の歯１１１を覆う複数の歯絶縁部１２１が形成される。絶縁カバー１２０が、固定子１１０の上下両面に取り付けられることにより、歯１１１の上下両面に歯絶縁部１２１が覆われる。

絶縁カバー１２０が固定子１１０の上下両面に取り付けられて固定された状態で、歯絶縁部１２１にコイル１４０が巻き取られる。即ち、コイル１４０は、歯１１１に直接的に接することなく歯絶縁部１２１を介して歯１１１に巻き取られる。このように歯絶縁部１２１を介して歯１１１にコイル１４０が巻き取られることにより、スロット１１２にコイル１４０が収納される。コイルは、１相の励磁コイル及び２相の出力コイルで構成することができる。２相の出力コイルのうち一つの出力コイルは、ｓｉｎ信号を出力し、残りの出力コイルはｃｏｓ信号を出力する。励磁コイルに励磁電圧を印加して回転軸を回転させれば、第１出力コイル及び第２出力コイルからｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号が出力され、この信号を分析することでレゾルバの回転角度が分かる。

レゾルバにおいて、歯絶縁部１２１を介して歯１１１にコイルを巻き取るとき、多様な形状に巻き取ることができる。図５は、本発明の一実施例によるコイルの巻取形状を示したレゾルバの部分水平断面図であり、図５の（ａ）では、スロット１１２に収納されるコイルが台形の形状を示し、（ｂ）では、スロット１１２に収納されるコイルが長方形の形状を示す。この他にも多様な形状にコイルを歯１１に巻き取ることができる。

かかるレゾルバにおいて、歯絶縁部１２１を介して歯１１１にコイルを巻き取るときは、均一に巻き取らなくてはならない。コイルの巻取に際し、不均一にコイルが巻き取られる場合、出力波形に高調波出力が発生するか、隣接する二つの歯１１ｂに巻き取られたコイル間の電気的干渉を起こし、回転角度検出における誤差を発生させる。コイル巻取の均一度を評価するためのパラメータは、次のように定義することができる。

図６は、本発明の一実施例による巻取幅を説明するためのレゾルバの部分水平断面図であって、図６では、歯絶縁部１２１を介して歯１１１に巻き取られたコイルのうち最外周のコイルを示す。図６の（ａ）は、長方形の形状にコイルを巻き取った場合を示し、（ｂ）は、台形の形状にコイルを巻き取った場合を示し、（ｃ）は、中間部分の膨らんでいる形状になるようコイルを巻き取った場合を示す。

図６を参照すれば、歯１１１に巻き取られた最外周のコイルは、内側半径方向への巻取幅（ｗｉｎｄｉｎｇｗｉｄｔｈ）がそれぞれｌ₁、ｌ₂、…、ｌ_nである。ここで、巻取幅とは、平面上でコイルがスロット１１２から垂直に出て歯絶縁部１２１を横切って隣接するスロット１１２へ垂直に入るまでの長さをいう。コイルの断面を基準でコイルの中心を始めと終りの基準にすることができ、またはコイルの外周を基準とすることもできる。本実施例では、コイルの中心を基準として説明する。このようなコイルの巻取幅から３つのパラメータを定義する。即ち、（１）ｌ_mean／ｌ_max割合、（２）ｌ_mean／ｌ_minの割合、（３）ｌ_min／ｌ_max割合を定義する。ｌ_meanは、コイルの巻取幅（ｌ₁、ｌ₂、…、ｌ_n）の平均であり、ｌ_maxは、コイルの巻取幅（ｌ₁、ｌ₂、…、ｌ_n）における最長巻取幅であり、ｌ_minは、コイルの巻取幅（ｌ₁、ｌ₂、…、ｌ_n）における最短巻取幅である。

ｌ_min／ｌ_max割合は、最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合であって、１の場合、全ての巻取幅が同一であることを意味し、均一にコイルが巻き取られたことを示し、１よりも小さいほど不均一にコイルが巻き取られたことを示す。ｌ_mean／ｌ_max割合は、最長巻取幅に対する平均巻取幅の割合であり、ｌ_mean／ｌ_min割合は、最短巻取幅に対する平均巻取幅の割合であって、ｌ_mean／ｌ_max割合及びｌ_mean／ｌ_min割合が全て１であれば、全ての巻取幅が同一であることを意味し、均一にコイルが巻き取られたことを示し、１よりも小さいほど不均一にコイルが巻き取られたことを示す。したがって、ｌ_min／ｌ_max割合を用いるか、またはｌ_mean／ｌ_max割合及びｌ_mean／ｌ_min割合を用いることで、レゾルバのコイル巻取の均一度を評価することができる。

一般に、レゾルバは、誤差率が０．５以下であることが求められる。まず、ｌ_min／ｌ_max割合を基準で、ｌ_min／ｌ_max割合が０．６９以上かつ１以下の場合、誤差率が０．５以下となる。また、ｌ_mean／ｌ_max割合及びｌ_mean／ｌ_min割合を基準で、ｌ_mean／ｌ_max割合は０．８３以上かつ１以下であり、ｌ_mean／ｌ_min割合が１以上かつ１．１６以下の場合、誤差率が０．５以下となる。望ましくは、ｌ_min／ｌ_max割合を基準で、ｌ_min／ｌ_max割合が０．８以上かつ１以下である。これは、ｌ_min／ｌ_max割合が０．８未満の場合、ｌ_min／ｌ_maxの割合が０．８以上であるときよりも誤差率の増加幅が急激に増加するためである。したがって、レゾルバを安定的に運営するためには、ｌ_min／ｌ_maxの割合が０．８以上かつ１以下であることが最も望ましい。ｌ_mean／ｌ_max割合及びｌ_mean／ｌ_min割合を基準とする場合、ｌ_mean／ｌ_maxの割合は０．８９以上かつ１以下であり、ｌ_mean／ｌ_min割合が１以上かつ１．１以下であることが最も望ましい。

以下、表１を参照して上述のようなコイル巻取の均一度によるレゾルバの性能実験結果を説明する。

サンプルの製作
スロット１１２の数が２４個である固定子１１０、絶縁カバー１２０、突極が８つである回転子３００、及びコイル１４０を準備する。この際、固定子１１０及び回転子３００は透磁率の高い強磁性体であり、鉄損を減らすために０．５ｍｍ厚さの電気鋼板を積層して製造する。固定子１１０及び絶縁カバー１２０を組み立てた後、各スロット１１２に円形巻線機を用いて励磁コイル及び出力コイルを巻き取ることでレゾルバを製作する。コイルの直径は０．１５ｍｍであり、巻取ピッチは０．１５５５ｍｍと指定し、コイルの巻取形状を変形して総１４個のレゾルバを製作する。コイルの巻取形状を台形の形状にする場合、一番目のコイルの巻取時、巻取の始点及び終点をスロット１１２の始点及び終点に合わせ、二番目からは、巻取終点は同一にし、巻取始点を変更する。巻取形状を膨らんでいる形状にする場合、一番目のコイルの巻取時、始点及び終点をスロット１１２の始点及び終点に合わせ、二番目からは巻取始点、終点ともを変更する。

誤差率の測定
図７は、本発明の一実施例によるレゾルバのテスト環境を示した図である。前述のサンプルの製作で説明したのように、各レゾルバを製作した後、各レゾルバ６３０をモータ６１０の回転軸の一端に締結し、当該回転軸の他端にエンコーダ６２０を締結する。そして、演算器（ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）６４０は、レゾルバ６３０及びエンコーダ６２０の出力波形を分析する。具体的に、モータ６１０の回転軸を駆動した後、演算器６４０はレゾルバ６３０の出力波形を分析して回転角度プロファイルを演算し、エンコーダ６２０の回転角度プロファイルと比較して誤差率を算出する。各レゾルバ６３０ごとに１０回のテストを行い、このうち最も大きい誤差率を最大誤差率と定義する。コイルの巻取幅は、ｘ−ｒａｙ撮影で確認する。

図８は、各サンプルレゾルバのｌ_min／ｌ_max割合による最大誤差率を示したグラフであり、図９は、各サンプルレゾルバのｌ_mean／ｌ_max割合による最大誤差率を示したグラフであり、図１０は、各サンプルレゾルバのｌ_mean／ｌ_min割合による最大誤差率を示したグラフである。即ち、図８〜図１０は、表１をグラフで示したものである。

表１の実施例１〜１０及び図８を参照すれば、ｌ_min／ｌ_max割合を基準で、ｌ_min／ｌ_max割合が０．６９以上かつ１以下の場合、最大誤差率が０．５以下となる。次に、表１、図９及び図１０を参照すれば、ｌ_mean／ｌ_max割合及びｌ_mean／ｌ_min割合を基準で、ｌ_mean／ｌ_max割合は０．８３以上かつ１以下であり、ｌ_mean／ｌ_min割合が１以上かつ１．１６以下の場合、最大誤差率が０．５以下となる。これに対し、比較例１〜４を見れば、上記の割合条件を満たさない場合、最大誤差率が０．５よりも大きい。

なお、実施例１〜７は、誤差率増加幅の平均が０．００５７である一方、実施例８〜１０は、誤差率増加幅の平均が０．０３０７５である。即ち、ｌ_min／ｌ_max割合が０．８未満の場合、ｌ_min／ｌ_maxの割合が０．８以上であるときよりも誤差率増加幅が急激に増加するためである。したがって、レゾルバを安定的に運営するためにはｌ_min／ｌ_maxの割合が０．８以上かつ１以下であることが最も望ましい。そして、ｌ_mean／ｌ_max割合及びｌ_mean／ｌ_min割合を基準で、ｌ_mean／ｌ_max割合は０．８９以上かつ１以下であり、ｌ_mean／ｌ_min割合が１以上かつ１．１以下であることが最も望ましい。

なお、このようなレゾルバにおいて、絶縁カバー１２０が固定された状態で歯絶縁部１２１を介して歯１１１にコイルが巻き取られてスロット１１２に収納されるとき、一つのスロット１１２の面積においてコイルの面積が占める面積の比であるスロット当たりコイルの占積率が、レゾルバの性能に大きい影響を及ぼす。スロット当たりコイルの占積
率は、下記の数式１のように表される。

＜数式１＞

より具体的に、占積率について説明すれば、以下のようである。図１１は、図３のＡ部分を拡大した図である。

前述のように、固定子１１０の内周に沿って複数の歯１１１とスロット１１２とが交互に形成される。そして、固定子１１０の上下両面には、絶縁カバー１２０が取り付けられて固定される。絶縁カバー１２０の内周には、前記固定子１１０の歯１１１に対応する歯絶縁部１２１が形成され、固定子１１０の各歯１１１を上下両面から覆う。このとき、平面視で、歯１１１を覆う歯絶縁部１２１は、歯１１１よりも若干大きい。

即ち、図１１に示したように、歯絶縁部１２１の幅は、歯１１１の幅よりも少し大きくなるようマージン幅（α）を有することができる。したがって、本実施例及び以下の請求範囲におけるスロット１１２の面積は、このようなマージンの面積を除いた部分の面積として理解することができる。言い換えれば、本実施例における一つのスロット１１２の面積は、隣接する二つの歯１１１間の面積ではなく、隣接する二つの歯絶縁部１２１間の面積をいう。そして、一つのスロット１１１の面積とは、図１１に示した、隣接する二つの歯絶縁部１２１の四箇所（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を頂点とする図形の面積をいう。

このようなスロット１１２の面積において、コイル１４０が占める面積は、コイル１４０のターン数及び各コイル１４０の直径から求めることができる。例えば、隣接する二つの歯絶縁部１２１それぞれにおいて、励磁コイルがｎ回巻き取られ、出力コイル（第１出力コイルと第２出力コイルとの半径が同一であると仮定）がｍ回巻き取られれば、二つの歯絶縁部１２１の間のスロット１１２に収納されるコイル１４０の面積は、以下の数式２で表される。

＜数式２＞

ここで、ｒ₁は励磁コイルの半径であり、ｒ₂は出力コイルの半径である。

一般に、歯絶縁部１２１に励磁コイルが巻き取られるとき、必要とする出力コイルの最小ターン数は、以下の数式３で表される。数式３において、ａは励磁コイルのターン数であり、ｂは変圧比であり、ｃは固定子と回転子との間の最小エアギャップ、ｄはコイル当り断面積、ｅは入力電圧を示す。

＜数式３＞

一般に、励磁コイルに入力される入力電圧は、最小４Ｖｒｍｓであり、周波数は１０ｋＨｚである。この際、強磁性体である固定子及び回転子の磁束密度は飽和してはならず、したがって、励磁コイルに入力される入力電流の最大大きさは０．５Ａとなる。このような条件を満たすように励磁コイルの最小ターン数を決定すれば、前記数式３によって出力コイルの最小ターン数が決定される。このように決定された励磁コイル及び出力コイルのターン数と、励磁コイル及び出力コイルの半径と、歯絶縁部１２１間のスロット１１２の面積とを用いて占積率を計算すれば、最小占積率となり、この最小占積率は３％である。即ち、スロット１１２におけるコイルの占積率が３％未満となれば、励磁コイルに入力される入力電流が増加することにより、入力電圧を印加する回路に損傷を与え、また、磁束密度が増加することで出力側の誘導電圧の波形が歪む。また、出力コイルに発生する誘導電圧の変圧比が低下して外部ノイズに弱くなる。したがって、スロット当たりコイルの占積率は最小３％以上にならなければならない。

励磁コイルに入力された入力電流によって発生する磁束は、出力コイルを鎖交（ｉｎｔｅｒｌｉｎｋａｇｅ）して誘導電圧を発生する。入力電流によって発生した正常の磁束は、回転子にリンク（ｌｉｎｋ）される。この際、入力電流によって発生した磁束は、回転子にリンクされながら渦電流（ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ）を発生し、この渦電流は正常の入力磁束との反対方向に発生する。そして、第１出力コイル及び第２出力コイルに発生する誘導電圧によって発生する磁束成分は、互いに衝突して相互影響を及ぼす。このように、渦電流、及び出力コイルの誘導電圧によって発生する磁束成分は、出力側誘導電圧を歪曲することでレゾルバの性能を劣化させる。このような出力側誘導電圧の歪曲を最小化するためには、スロット当たりコイルの占積率が３５％以下となるようにしなければならない。

以上、まとめれば、レゾルバにおけるスロット当たりコイルの占積率は、３％〜３５％の範囲内に存在してこそ性能歪曲を減らすことができる。

一方、隣接する二つの歯１１１において、第１歯に巻き取られたコイルと第２歯に巻き取られたコイルとの間には、一定の離隔距離が維持されてこそ磁束の流れが円滑になる。隣接する二つの歯１１１において、第１歯に巻き取られたコイルと第２歯に巻き取られたコイルとの間の距離が近い場合、各歯１１１で発生する磁束は互いに干渉を起こすことがあり、これは出力波形の歪曲をもたらし、回転角度の検出に誤差を発生させる。このような誤差発生を減らすために、スロット１１２において、隣接する二つの歯１１１に巻き取られたコイル同士は、一定の離隔距離を確保しなければならず、コイル間の最短離隔距離は４ｍｍ以上でなければならない。図１２は、本発明の一実施例によるコイル間の最短離隔距離（l_min）を示した図である。

以下、下記の表２を参照して以上で説明したスロット当たりコイルの占積率と、コイル間の最短離隔距離によるレゾルバの性能実験結果を説明する。

サンプルの製作
スロット１１２の数が２４個である固定子１１０、絶縁カバー１２０、突極が８つである回転子３００、及びコイル１４０を準備する。この際、固定子１１０及び回転子３００は透磁率の高い強磁性体であり、鉄損を減らすために０．５ｍｍ厚さの電気鋼板を積層して製造する。固定子１１０及び絶縁カバー１２０を組み立てた後、各スロット１１２に円形巻線機を用いて励磁コイル及び出力コイルを巻き取ることでレゾルバを製作する。総９つのレゾルバを製作し、各レゾルバは、下記の表２に示したような占積率及びコイル間の最短離隔距離を有するように製作する。

誤差率の測定
テスト環境は上述の図７と同様である。前述のサンプルの製作で説明したように、各レゾルバを製作した後、各レゾルバ６３０をモータ６１０の回転軸の一端に締結し、当該回転軸の他端にエンコーダ６２０を締結する。そして、演算器６４０は、レゾルバ６３０及びエンコーダ６２０の出力波形を分析する。具体的に、モータ６１０の回転軸を駆動した後、演算器６４０はレゾルバ６３０の出力波形を分析して回転角度プロファイルを演算し、エンコーダ６２０の回転角度プロファイルと比較して誤差率を算出する。各レゾルバ６３０ごとに１０回のテストを行い、このうち最も大きい誤差率を最大誤差率と定義する。一般的に、レゾルバは最大誤差率が０．５以下を満たすことが求められる。コイルの占積率は、ｘ−ｒａｙ撮影で確認する。

図１３〜図２１は、サンプル製作した各レゾルバの誤差率を示したグラフであり、各レゾルバ６３０ごとに１０回のテストを行ったとき、そのうち最大誤差率を示したテストにおける時間変化による誤差率グラフである。図１３〜図１７は、それぞれ表２の実施例１１〜実施例１５の誤差率グラフであり、図１８〜図２１は、それぞれ表２の比較例５〜比較例８の誤差率グラフである。

図１３を参照すれば、実施例１１のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．３であり、マイナス誤差率の最大値が−０．３６である。したがって、最大誤差率は、マイナス誤差率の絶対値である０．３６となる。図１４を参照すれば、実施例１２のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．３２であり、マイナス誤差率の最大値が−０．３３である。したがって、最大誤差率はマイナス誤差率の絶対値である０．３３となる。図１５を参照すれば、実施例１３のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．２９であり、マイナス誤差率の最大値が−０．２９である。したがって、最大誤差率は０．２９となる。図１６を参照すれば、実施例１４のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．３９であり、マイナス誤差率の最大値が−０．４２である。したがって、最大誤差率はマイナス誤差率の絶対値である０．４２となる。図１７を参照すれば、実施例１５のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．４８であり、マイナス誤差率の最大値が−０．４４である。したがって、最大誤差率は０．４８となる。

図１８を参照すれば、比較例５のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．６１であり、マイナス誤差率の最大値が−０．１２である。したがって、最大誤差率は０．６１となる。図１９を参照すれば、比較例６のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．２４であり、マイナス誤差率の最大値が−０．５２である。したがって、最大誤差率はマイナス誤差率の絶対値である０．５２となる。図２０を参照すれば、比較例７のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．６４であり、マイナス誤差率の最大値が−０．２１である。したがって、最大誤差率は０．６４となる。図２１を参照すれば、比較例８のレゾルバは、プラス誤差率の最大値が０．６１であり、マイナス誤差率の最大値が−０．２３である。したがって、最大誤差率は０．６１となる。

これを整えれば、下記の表２のようである。

表２において、実施例１１及び実施例１２を参照すれば、スロット１１２におけるコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ未満であるとしても、コイルの占積率が３５％以下である場合、最大誤差率は０．５以下であって製品要求事項を満たすことが分かる。これに対し、比較例５〜比較例８を参照すれば、スロット１１２におけるコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ未満かつコイルの占積率が３５％を超える場合、最大誤差率は０．５よりも大きくなり、製品要求事項を満たさないことが分かる。

特に、実施例１１、１２と実施例１３とを比較すれば、スロット１１２におけるコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上かつコイルの占積率が３５％以下である場合の最大誤差率は、スロット１１２におけるコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ未満かつ占積率が３５％以下である場合の最大誤差率よりも低い。即ち、スロット１１２において、コイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上である条件及び占積率が３５％以下である条件の両方ともを満たす場合、性能が最も優れていることが分かる。

実施例１５を参照すれば、スロット１１２におけるコイルの占積率が３５％を超える場合であっても、コイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上となれば、最大誤差率が０．５以下である０．４８となるため、製品要求事項を満たすことが分かる。これに対し、比較例５〜比較例８を参照すれば、スロット１１２におけるコイルの占積率が３５％超過かつコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ未満であれば、最大誤差率は０．５よりも大きくなり、製品要求事項を満たさないことが分かる。

まとめれば、スロット１１２において、コイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上となる条件及びコイルの占積率が３５％以下である条件のいずれか一つの条件を満たす場合、レゾルバの最大誤差率は０．５以下を示し、製品要求事項を満たす。因みに、かかる二つの条件の両方ともを満足するときの最大誤差率は、一つの条件のみを満足するときよりもさらに低くなり、性能がさらに向上する。一方、かかる二つの条件の両方ともを満たさない場合、最大誤差率は０．５よりも大きくなり、製品要求事項を満たさない。

本明細書は、多くの特徴を含むが、そのような特徴が本発明の範囲または特許請求の範囲を制限すると解釈されてはならない。また、本明細書における個別の実施例で説明された特徴は、単一実施例として組み合わされて具現され得る。逆に、本明細書で単一実施例として説明された多様な特徴は、別々に多様な実施例で具現されるか、または、適切に組み合わされて具現され得る。

以上、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されない。

Claims

内側に複数の歯とスロットとが交互に形成される磁性材質の固定子と、
内側に前記歯に対応する歯絶縁部が形成され、前記固定子の上下両面から前記固定子に取り付けられる絶縁カバーと、
前記歯絶縁部を介して前記歯に巻き取られるコイルと、を含み、
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．６９以上かつ１以下であることを特徴とするレゾルバ。
前記巻き取られるコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．８以上かつ１以下であることを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ。
前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおける前記コイルが占める面積比である、下記の数式で表されるスロット当たりコイルの占積率が、３５％以
下であることを特徴とする請求項１または２に記載のレゾルバ。
＜数式＞
前記スロット当たりコイルの占積率が、３％以上であることを特徴とする請求項３に記載のレゾルバ。
前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおいて、隣接する二つの歯に巻き取られたコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のレゾルバ。
回転軸を中心として回転しながら、前記固定子と協働してギャップパーミアンスを変化させる磁性材質の回転子をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のレゾルバ。
前記回転子が、前記固定子の内側中心に配置されるインナータイプの回転子であることを特徴とする請求項６に記載のレゾルバ。
前記回転子と前記固定子とは、所定厚さの磁性鋼板が複数積層してなる積層鋼板であることを特徴とする請求項７に記載のレゾルバ。
前記固定子は、内側に複数の歯とスロットとが交互に形成されるように前記磁性鋼板を環状加工して積層したことを特徴とする請求項８に記載のレゾルバ。
前記回転子は、中心部に回転軸が挿通する貫通孔を有し、外周には前記ギャップパーミアンスを変化させるための複数の突極を有し、環状であることを特徴とする請求項７に記載のレゾルバ。
前記突極が、少なくとも前記回転子の直径よりも小さい直径を有する円弧状であることを特徴とする請求項１０に記載のレゾルバ。
前記円弧の中心が前記回転子の中心から所定距離に離隔して配置され、前記複数の突極を構成する円弧の直径が互いに同一であることを特徴とする請求項１１に記載のレゾルバ。
内側に複数の歯とスロットとが交互に形成される磁性材質の固定子と、
内側に前記歯に対応する歯絶縁部が形成され、前記固定子の上下両面から前記固定子に取り付けられる絶縁カバーと、
前記歯絶縁部を介して前記歯に巻き取られるコイルと、を含み、
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、０．８３以上かつ１以下であり、
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最短巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、１以上かつ１．１６以下であることを特徴とするレゾルバ。
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．６９以上かつ１以下であることを特徴とする請求項１３に記載のレゾルバ。
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、０．８９以上かつ１以下であり、
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最短巻取幅に対する前記最外周に位置するコイルの平均巻取幅の割合が、１以上かつ１．１以下であることを特徴とする請求項１３に記載のレゾルバ。
前記巻き取られるコイルのうち最外周に位置するコイルの最長巻取幅に対する最短巻取幅の割合が、０．８以上かつ１以下であることを特徴とする請求項１５に記載のレゾルバ。
前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおける前記コイルが占める面積比である、下記の数式で表されるスロット当たりコイルの占積率が、３５％以下であることを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載のレゾルバ。
＜数式＞
前記スロット当たりコイルの占積率が、３％以上であることを特徴とする請求項１７に記載のレゾルバ。
前記絶縁カバーが固定された状態のスロットにおいて、隣接する二つの歯に巻き取られたコイル間の最短離隔距離が４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１７に記載のレゾルバ。
回転軸を中心として回転しながら、前記固定子と協働してギャップパーミアンスを変化させる磁性材質の回転子をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のレゾルバ。
前記回転子が、前記固定子の内側中心に配置されるインナータイプの回転子であることを特徴とする請求項２０に記載のレゾルバ。
前記回転子と前記固定子とは、所定厚さの磁性鋼板が複数積層してなる積層鋼板であることを特徴とする請求項２１に記載のレゾルバ。
前記固定子は、内側に複数の歯とスロットとが交互に形成されるように前記磁性鋼板を環状加工して積層したことを特徴とする請求項２２に記載のレゾルバ。
前記回転子が、中心部に回転軸が挿通する貫通孔を有し、外周には前記ギャップパーミアンスを変化させるための複数の突極を有し、環状であることを特徴とする請求項２１に記載のレゾルバ。
前記突極が、少なくとも前記回転子の直径よりも小さい直径を有する円弧状であることを特徴とする請求項２４に記載のレゾルバ。
前記円弧の中心が前記回転子の中心から所定距離に離隔して配置され、前記複数の突極を構成する円弧の直径が互いに同一であることを特徴とする請求項２５に記載のレゾルバ。