JP2019164067A

JP2019164067A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2019164067A
Application number: JP2018052867A
Authority: JP
Inventors: 山本　敦志; Atsushi Yamamoto; 敦志山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26

Abstract

【課題】回転電機を大型化することなく高い検出精度を得ることができる、回転角度検出装置を提供する。【解決手段】回転角度検出装置３１は、複数のレゾルバステータティース３４を有する円環状のレゾルバステータ３３と、複数のレゾルバステータティース３４にそれぞれ巻回されるレゾルバステータコイル３５と、レゾルバステータ３３の内周側に回転自在に配設されて回転電機１の回転軸７と一体に回転するレゾルバロータ３２とを備えている。レゾルバロータ３２の周方向には、複数の長孔１０１が等間隔で設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は回転角度検出装置に係り、特に回転電機の回転角度検出装置に関する。

一般に、車両用の回転電機は、エンジンの始動時およびアシスト時には、同期電動機として使用される。エンジンの始動時およびアシスト時に回転電機を同期電動機として使用する際には、回転電機のステータおよびロータに巻回されたコイルへ通電するタイミングを正確に制御しなければならない。そのため、ロータの回転軸に回転角度検出装置を配置して、回転軸の回転角度を検出することが行われている。

回転角度検出装置としてレゾルバを使用する場合、レゾルバはレゾルバステータとレゾルバロータとの間の磁気パーミアンスの変化を利用してアナログの信号電圧を出力することによって、レゾルバロータの回転角度を検出する。

この際、回転電機のロータに巻回されたコイルへの通電によって発生した磁束の一部が回転軸を通ってレゾルバに漏れると、ノイズが発生する。このノイズが信号電圧に重畳することによって、回転角度の検出精度が低下してしまうという問題がある。

特許文献１には、回転電機とレゾルバとの間の回転軸に高透磁性の磁気バイパス部材を設けた発明が記載されている。この発明では、回転軸からの漏れ磁束が磁気バイパス部材を経由して流れることによって、漏れ磁束がレゾルバへ流れることが防止される。

特開２００４−１５９４４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、回転電機とレゾルバとの間に磁気バイパス部材を設ける必要がある。このため、回転軸の軸長を伸ばさなくてはならず、回転電機が大型化してしまうという問題がある。

また、磁気バイパス部材とレゾルバとの距離が近い場合には、磁気バイパス部材を通って流れる漏れ磁束がレゾルバに戻ってきてしまう。この結果、回転角度の検出精度が悪化してしまうという問題がある。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、回転電機を大型化することなく高い検出精度を得ることができる、回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機の回転角度検出装置は、複数のレゾルバステータティースを有する環状のレゾルバステータと、複数のレゾルバステータティースにそれぞれ巻回されるレゾルバステータコイルと、レゾルバステータの内周側に回転自在に配設されて回転電機の回転軸と一体に回転するレゾルバロータとを備え、レゾルバロータの周方向には、複数の長孔が設けられる。

本発明に係る回転電機の回転角度検出装置では、ロータの周方向に複数の長孔が設けられることにより、回転電機を大型化することなく高い検出精度を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置を組み込んだ車両用の回転電機の正断面図である。本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の詳細な構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置のロータの詳細な構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置のロータの詳細な構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置のロータの詳細な構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する回転角度検出装置の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１には、本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転角度検出装置を組み込んだ車両用の回転電機１の正断面図が示されている。図１において、回転電機１のハウジング２には、左右一対のブラケット３，４がネジ５によって固定されており、ブラケット３，４の間には回転電機１のステータコア２４が挟んで固定されている。

ブラケット３，４には、回転電機１の回転軸７をハウジング２に回転自在に支持する軸受８，９が取り付けられている。回転軸７には、図示しないベルトが懸架されるプーリ１０がナット１１によって固定されている。

回転電機１のロータコア１２は、一対のコア部材１６，１７を一体にして構成されており、回転軸７が挿入されて固定されている。コア部材１６，１７には、ロータコイル１３が巻回されたボビンが収納される筒状部１６ａ，１７ａからロータコイル１３の上を覆って互いに交差する位置まで、爪形磁極部１６ｂ，１７ｂがそれぞれ設けられている。

爪形磁極部１６ｂ，１７ｂは、ロータコア１２の周方向に沿って所定の間隔で互いに一定間隔で配列されている。また、コア部材１６，１７の軸方向端面には、それぞれ冷却ファン１８，１９が取り付けられている。

回転電機１のステータコア２４には、ステータコイル２５が巻回されており、ステータコイル２５は図示しない３相インバータ回路に接続されている。また、回転軸７にはスリップリング２２が取り付けられており、スリップリング２２はブラシ２６と接触して通電経路を形成する。

回転軸７の他方の軸端部には、レゾルバ３１が配置されている。レゾルバ３１は、本願発明における回転角度検出装置として機能し、回転軸７の回転角度を検出する。

図２、図３に詳細に示されるように、レゾルバ３１は、円環状のレゾルバステータ３３と、レゾルバステータ３３の内周側に回転自在に配設されて回転軸７と一体に回転するレゾルバロータ３２とを備えている。

レゾルバステータ３３の内周からは、複数のレゾルバステータティース３４が突出しており、各レゾルバステータティース３４には、レゾルバステータコイル３５が巻回されている。

レゾルバロータ３２は、回転軸７の他方の軸端部に形成された取り付け孔１０２（図３参照）に嵌合されて固定されている。レゾルバステータ３３は、ブラケット３に固定されている。

従来の回転電機では、回転軸７を囲むように配置されるコイルは、ロータコイル１３のみであり、ブラシ２６およびスリップリング２２を介してロータコイル１３に界磁電流が流れることによって、ロータコア１２が磁化される。

ロータコイル１３に界磁電流が流れることによって生じる磁束のうち、そのほとんどは図１に破線矢印で示されるようにロータコア１２からステータコア２４へ流れ込む経路を辿る。ただし、一部は、図１、図２に実線矢印で示されるように、回転軸７を通る経路によってレゾルバ３１へ漏れる。

先述したように、漏れ磁束がレゾルバ３１のレゾルバステータ３３に流れ込むと、その磁束によってレゾルバステータコイル３５にノイズ電圧成分が誘起されて信号成分に重畳してしまう。このため、回転角度の検出精度が低下してしまうという問題があった。

本願発明では、径方向の幅が一定の複数の長孔１０１が、レゾルバロータ３２の周方向において等間隔で設けられている。なお、図２において、レゾルバロータ３２の周方向とはθに沿う方向であり、レゾルバロータ３２の径方向とは中心Ｏから外周に向かう方向、例えばｒに沿う方向である。これにより、回転軸７とレゾルバステータ３３との間のパーミアンスＰは、回転軸７とレゾルバロータ３２の外周との間のパーミアンスをＰ１、レゾルバロータ３２の外周とレゾルバステータ３３との間のパーミアンスをＰ２とすると、下式によって表される。

ただし、θは図２に示されるようにＸ軸からの角度、Ｍは長孔１０１の数、Ｎｒはレゾルバロータ３２の軸倍角、ｋ＞２は高調波成分である。

漏れ磁束の起磁力は径方向によらす一定である。このため、角度θのレゾルバステータティース３４を貫く磁束Φは、基本波成分のみの場合、下式となる。

この時間変化がレゾルバ３１の信号電圧にノイズとして重畳することになる。

図３に示されるように、レゾルバロータ３２の周方向に複数の長孔１０１を等間隔で設けた場合、主な漏れ磁束は、基本波である。従って、レゾルバステータティース３４の数をＮｓ、レゾルバステータコイル３５の巻線の空間次数をＷとすると、下式の関係が成立するときに、漏れ磁束Φによって生じるノイズ成分を最も低減させることができる。

図３に示されている実施例は、長孔１０１が等間隔で、Ｍ＝３、Ｎｒ＝８、Ｗ＝３、Ｎｓ＝１０の場合である。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転角度検出装置では、ロータの周方向に複数の長孔が設けられている。これにより、回転電機の回転軸から流れる漏れ磁束によって生じるノイズ成分を低減することができ、特に上式の関係が成立する場合に、ノイズ成分を最も低減させることができる。そのため、高い検出精度を得ることができる。また、特許文献１に記載の発明のように回転軸７の軸長を伸ばす必要がないため、回転電機が大型化することもない。

なお、上記の実施の形態１において、レゾルバ３１のレゾルバロータ３２をレゾルバステータ３３に対して偏芯して配設してもよい。これにより、回転軸７とレゾルバステータ３３との間のパーミアンスに空間１次成分が重畳する。この際のパーミアンスＰは、下式によって表される。

この際に生じる漏れ磁束Φは、下式となる。

そのため、下式の関係が成立するときに、漏れ磁束Φによって生じるノイズ成分を最も低減させることができる。

実施の形態２．
図４には、本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置におけるレゾルバロータ２３２の構成が示されている。実施の形態２に係るレゾルバロータ２３２では、実施の形態１に比べて長孔２０１の周方向の長さが延長されている。すなわち、長孔２０１の各周方向の長さは、長孔２０１同士の周方向の間隔よりも長い。これにより、回転軸７とレゾルバステータ３３との間のパーミアンスに高調波成分が重畳されて漏れ磁束の基本波成分が打ち消されるため、回転角度の検出精度がさらに向上する。図４に示されている実施例は、長孔２０１が等間隔で、Ｍ＝３、Ｎｒ＝８、Ｗ＝３、Ｎｓ＝１０の場合である。

実施の形態３．
図５には、本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置におけるレゾルバロータ３３２の構成が示されている。実施の形態３に係るレゾルバロータ３３２では、各長孔３０１の径方向の幅が周方向に沿って変化する。これにより、回転軸７とレゾルバステータ３３との間のパーミアンスに高調波成分が重畳されて漏れ磁束の基本波成分が打ち消されるため、回転角度の検出精度がさらに向上する。図５に示されている実施例は、長孔３０１が等間隔で、Ｍ＝３、Ｎｒ＝８、Ｗ＝３、Ｎｓ＝１０の場合である。

１回転電機、７回転軸、３１レゾルバ（回転角度検出装置）、３２，２３２，３３２レゾルバロータ、３３レゾルバステータ、３４レゾルバステータティース、３５レゾルバステータコイル、１０１，２０１，３０１長孔、Ｍ長孔の数、Ｎｒロータの軸倍角、Ｗステータコイルの巻線次数、Ｎｓステータティースの数。

Claims

回転電機の回転角度検出装置であって、
複数のレゾルバステータティースを有する環状のレゾルバステータと、
前記複数のレゾルバステータティースにそれぞれ巻回されるレゾルバステータコイルと、
前記レゾルバステータの内周側に回転自在に配設されて前記回転電機の回転軸と一体に回転するレゾルバロータと
を備え、
前記レゾルバロータの周方向には、複数の長孔が設けられる、
回転角度検出装置。
前記複数の長孔は、前記レゾルバロータの周方向に等間隔で設けられ、前記長孔の数をＭ、前記レゾルバロータの軸倍角をＮｒ、前記レゾルバステータコイルの巻線次数をＷ、前記レゾルバステータティースの数をＮｓとするとき、

の関係が成立する、請求項１に記載の回転角度検出装置。
前記レゾルバロータは、前記レゾルバステータに対して偏芯して配設され、
前記複数の長孔は、前記レゾルバロータの周方向に等間隔で設けられ、前記長孔の数をＭ、前記レゾルバロータの軸倍角をＮｒ、前記レゾルバステータコイルの巻線次数をＷ、前記レゾルバステータティースの数をＮｓとするとき、

の関係が成立する、請求項１に記載の回転角度検出装置。
前記複数の長孔の各周方向の長さは、該複数の長孔同士の周方向の間隔よりも長い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
前記複数の長孔の径方向の幅は、周方向に沿って変化する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。