JP2019170115A - レゾルバ - Google Patents
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Abstract
【課題】磁束ノイズの低減が可能であり、かつ、剛性確保と小型化が容易化されるレゾルバを実現する。【解決手段】レゾルバは、電磁鋼板を積層して形成され、内周側にレゾルバティースが設けられた円筒形状のレゾルバステータコア30を備える。レゾルバステータコア30には、軸方向に貫通し、周方向に延びる複数の空隙孔34が設けられている。そして、レゾルバステータコア30における隣接する空隙孔34に挟まれた部位には、磁束キャンセルコイル36が巻回されている。【選択図】図2
Description
本発明は、回転電機の回転角度を検出するレゾルバに関し、特に、レゾルバにおけるノイズ影響の抑制構造に関する。
回転電機(電動機/発電機)では、回転位置をレゾルバによって検出する場合がある。レゾルバは、回転電機のロータに取り付けられるレゾルバロータと、その周囲に固定的に配置されるレゾルバステータを有する。レゾルバステータには、レゾルバコイルが設けられ、磁束の励磁と検出を行うことで、レゾルバロータの回転位置を取得している。レゾルバでは、回転電機からの漏れ磁束によって検出精度を低下させるおそれがある。
下記特許文献1には、外部からの磁束ノイズがレゾルバに与える影響を抑制するために、レゾルバステータのコアに、周方向に延びる複数の空隙孔を設ける旨の記載がある。ここでは、内径側の空隙孔列と、外形側の空隙孔列とを位相をずらして配置することで、磁束の遮断を図っている。
上記特許文献1のように、レゾルバステータ本体に多くの空隙を設ける場合には、レゾルバステータの剛性の低下が懸念される。また、多数の空隙孔を設ける場合には、レゾルバステータを小型化することが難しくなる。さらに、上記特許文献1の構成では、空隙孔の間を流れ込む磁束ノイズを必ずしも十分に除去できない状況が考えられる。
本発明にかかるレゾルバは、磁性体を用いて形成され、内周側にレゾルバティースが設けられた円筒形状のレゾルバステータコアと、前記レゾルバステータコアを軸方向に貫通して設けられた周方向に延びる複数の空隙孔と、前記レゾルバステータコアにおける隣接する前記空隙孔に挟まれた部位に巻回された磁束キャンセルコイルと、を備えることを特徴とする。
磁性体とは、相対的に容易に磁性を帯びることができる物質をいう。レゾルバステータコアは、例えば、磁性体である電磁鋼板の積層や、磁性粉末を圧縮した圧粉磁心によって形成される。レゾルバステータコアは、円筒形状に形成されており、その内周側には回転角度の検出にもちいられるレゾルバティースが設けられている。空隙孔は、レゾルバステータコアの円筒形状部位(バックヨークと呼ばれることがある)に設けられている。軸方向とは、円筒の中心軸の方向である。また、周方向とは、円筒の中心軸回りの方向である。空隙孔には、樹脂などの非磁性体が埋め込まれていてもよい。磁束キャンセルコイルは、この空隙孔間の部位に巻回されている。
本発明のレゾルバでは、空隙孔間を通じてレゾルバステータコアの内周側に流れる磁束ノイズを、磁束キャンセルコイルで抑制する。このため、レゾルバティースに鎖交する磁束ノイズを小さくすることが可能となり、レゾルバの検出精度が高められる。また、前記特許文献1のように、外周側の空隙孔の間を流れる磁束ノイズを内周側の空隙孔で抑制する場合に比べて、ノイズ抑制効果が向上する効果が期待できる。多くの空隙孔を設ける必要がないため、剛性低下を抑制する効果や、小型化を容易にする効果も期待できる。
以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
図1は、本実施形態にかかる永久磁石式三相交流電動機10の回転軸を含む垂直断面図である。永久磁石式三相交流電動機10は、回転電機の一種であり、回転を行うモータロータ12と、その周囲に固定的に配置されたモータステータ18を備えている。
モータロータ12は、回転軸としてのシャフト14と、シャフト14に固定され、電磁鋼板が積層されたモータロータコア16とを備える。モータロータコア16の内部には、複数の永久磁石が挿入されて、周方向に複数の磁極を形成している。また、モータステータ18は、電磁鋼板を積層して円筒形状に形成されたモータステータコア20と、その内側のモータステータティースに巻回されたモータステータコイル22を含む。モータステータコイル22は、モータステータコア20の軸方向の両端側に飛び出して巻回されており、飛び出した端部はコイルエンドと呼ばれる。
レゾルバ24は、シャフト14の回転角度を検出するセンサである。レゾルバ24は、シャフト14に取り付けられるレゾルバロータ26と、その周囲に固定配置されるレゾルバステータ28を含んで構成される。レゾルバステータ28には、内周側に励磁用及び検出用のレゾルバコイルが設けられている。
図2は、レゾルバステータ28の上面図(図1の紙面上方向から紙面下方向を見た図)である。レゾルバステータ28は、円盤状の電磁鋼板を積層して円筒形状に形成したレゾルバステータコア30を備えている。レゾルバステータコア30の内側には、複数のレゾルバティースが設けられ、レゾルバティースには励磁用と検出用の複数のレゾルバコイルが巻回されている。ただし、レゾルバティース及びレゾルバコイルは、樹脂カバー38に覆われており、図2には示されていない。
レゾルバステータコア30の外周には、7個の凹部32が等間隔に設けられている。また、レゾルバステータコア30には、7個の空隙孔34が等間隔に設けられている。空隙孔34は、レゾルバステータコア30を軸方向(紙面の垂直方向)に貫通しており、かつ、円筒の周方向に長く延びた形状に形成されている。空隙孔34は、凹部32の間に位置している。そして、レゾルバステータコア30における隣り合う空隙孔34に挟まれた部位には、磁束キャンセルコイル36が巻回されている。例えば、空隙孔34aと空隙孔34bとを隔てる部位には、空隙孔34a、34bを繰り返し通過するように導線を巻回することで、磁束キャンセルコイル36aが形成されている。
樹脂カバー38は、ほぼ円筒形状に形成されている。ただし、樹脂カバー38は、外周側に突出した端子カバー部38aと止め部38bを備えている。端子カバー部38aは、レゾルバコイルの配線用の端子を覆うために設けられたものである。端子カバー部38aの下にも空隙孔34が設けられている。また、止め部38bは、レゾルバステータコア30の周方向位置決め用ノックピンの抜けを防止するために設けられている。周方向位置決め用ノックピンは凹部32dに係合されることで、レゾルバステータコア30の周方向の位置を定めている。
ここで、永久磁石式三相交流電動機10及びレゾルバ24の動作について説明する。永久磁石式三相交流電動機10では、モータステータコイル22は、三相交流に対応する回路構成で巻回されており、三相交流の電力を供給した場合には、時間とともに回転する磁束(磁界)を生成する。モータロータコア16の磁極がこの回転磁界から力を受けることで、モータロータ12が回転を行う。モータロータ12のトルクは、シャフト14を通じて外部に取り出される。
レゾルバ24では、レゾルバステータ28のレゾルバステータコア30に設けられた励磁用のレゾルバコイルで磁束の生成が行われ、生成された磁束はレゾルバロータ26に伝えられる。そして、レゾルバステータコア30の検出用のレゾルバコイルでは、レゾルバロータ26を経由した磁束を検出する。レゾルバロータ26は、回転軸回りに非等方的な形状に形成されているため、検出された磁束を解析することで、レゾルバロータ26の回転角度、そしてモータロータ12の回転角度を得ることができる。
ただし、レゾルバステータコア30には、モータステータ18のモータステータコイル22のコイルエンドなどから漏れ出した磁束も入り込む。図2に一点鎖線で示した磁束ノイズ42は、このような外部からの磁束を表している。レゾルバステータコア30の周囲から入り込んだ磁束ノイズ42は、透磁率の高い(言い換えれば磁気抵抗の小さい)電磁鋼板に集中し、透磁率の低い(磁気抵抗の高い)空隙孔34は迂回するようにして、レゾルバステータコア30の内周側に伝わる。例えば、図2では、空隙孔34b、34cとその間の凹部32b付近では、磁束ノイズ42b、42cは、空隙孔34b、34cを通らず、その間の部位を通るように分布することになる。こうした磁束ノイズ42は、レゾルバ24の回転角度検出の検出精度を減少させる要因となる。
図2に示したレゾルバ24では、各空隙孔34を隔てる部位には、磁束キャンセルコイル36が設けられている。そして、磁束ノイズ42は、磁束キャンセルコイル36の内部を通り抜けるように分布することになる。このとき、磁束キャンセルコイル36には、電磁誘導によって起電力が発生する。そして、磁束キャンセルコイル36に流れる電流によって、磁束ノイズ42を打ち消すような磁束が生成される。このため、レゾルバステータコア30の内周側に伝達する磁束ノイズ42は大幅に抑制されることになる。
磁束キャンセルコイル36の巻き線方向、巻き線数、結線方法は特に限定されるものではない。例えば、全ての磁束キャンセルコイル36において、巻き線方向と巻き線数を同じにして、磁束キャンセルコイル36の特性を均一化することも可能である。しかし、ある程度の巻き線数があれば磁束を十分にキャンセルすることができるため、巻き線方向や巻き線数を異ならせてもよいと考えられる。磁束キャンセルコイル36は、一本の長い導線を巻回して形成したものであってもよいし、短い導線からなる独立したコイルを複数個束ねたものであってよい。また、複数の磁束キャンセルコイル36は、互いに連結されず独立した構成とすることも可能であるし、電気的に相互に結合することも可能であると考えられる。磁束キャンセルコイル36は、レゾルバステータコア30あるいは電動機ケースなどに電気的に接続(接地)されるようにしてもよいし、これらには接続されない閉回路となっていてもよい。
本実施形態にかかるレゾルバ24は、様々な回転電機で使用することが可能であるが、特に、磁束ノイズが多い環境、あるいは、小型化が必要とされる環境などにおいて、高い効果が期待できる。例えば、電動車両の駆動源として上述の永久磁石式三相交流電動機10を用いる場合、限られたスペースに永久磁石式三相交流電動機10を搭載しなければならない。そこで、レゾルバ24を、小型化した上で、永久磁石式三相交流電動機10のモータステータ18のコイルエンド付近に設ける必要性が生じる。この場合、モータステータコイル22からレゾルバ24に漏れ出す磁束が増加するが、本実施形態のレゾルバ24では、磁束キャンセルコイル36によって磁束ノイズ42を抑制するため、検出精度の低下を抑制ないしは防止することが可能となる。また、電動車両では、走行中の振動などに耐えられるだけの高い剛性が要求されるが、レゾルバ24では、空隙孔34を多数設ける必要が無いため、必要強度を確保することが容易となる。
10 永久磁石式三相交流電動機、12 モータロータ、14 シャフト、16 モータロータコア、18 モータステータ、20 モータステータコア、22 モータステータコイル、24 レゾルバ、26 レゾルバロータ、28 レゾルバステータ、30 レゾルバステータコア、32 凹部、34 空隙孔、36 磁束キャンセルコイル、38 樹脂カバー、38a 端子カバー部、38b 止め部、42 磁束ノイズ。
Claims (1)
- 磁性体を用いて形成され、内周側にレゾルバティースが設けられた円筒形状のレゾルバステータコアと、
前記レゾルバステータコアを軸方向に貫通して設けられた周方向に延びる複数の空隙孔と、
前記レゾルバステータコアにおける隣接する前記空隙孔に挟まれた部位に巻回された磁束キャンセルコイルと、
を備えることを特徴とするレゾルバ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018057887A JP2019170115A (ja) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | レゾルバ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018057887A JP2019170115A (ja) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | レゾルバ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019170115A true JP2019170115A (ja) | 2019-10-03 |
Family
ID=68107646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018057887A Pending JP2019170115A (ja) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | レゾルバ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019170115A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7465168B2 (ja) | 2020-07-22 | 2024-04-10 | ミネベアミツミ株式会社 | レゾルバ |
-
2018
- 2018-03-26 JP JP2018057887A patent/JP2019170115A/ja active Pending
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