JP4158858B2 - 回転角度検出器 - Google Patents

Description

本発明は、回転角度検出器に関し、特に、コアのみからなるロータを用いた可変リラクタンス（ＶＲ）型レゾルバでかつ一対の第１、第２輪状ステータを重合して用い、偏芯による精度劣化をキャンセルする構造の場合、第１、第２輪状ステータの各スロットの位置をずらすことにより、第１、第２輪状ステータの各突極への巻線を１台の巻線機によって連続して巻くことができ、従来の製造設備を用いて安価に製造することができるようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のＶＲ型レゾルバからなる回転角度検出器としては、例えば、特許文献１に示されるように、輪状ステータのコア形状は、その軸方向、すなわち、厚さ方向においては同一であり、各突極に巻線が巻回されていた。
しかしながら、Ｘ数、すなわち、軸倍角が多い場合は検出角度誤差が少なく実用上問題はないが、軸倍角が小さい、１Ｘの倍角には、少しの偏芯で何十度もの角度誤差が発生していた。

前述の角度誤差を解決するために、特許文献２に示されているように、一対の第１、第２輪状ステータを採用した一対のレゾルバを用い、スロットの位置、すなわち、突極の位置を合わせた（一致させた）状態で第１、第２輪状ステータを重合させ、第１、第２輪状ステータに巻付けた巻線（励磁及び２相出力用）を直列に接続することにより、偏芯による出力電圧のアンバランス及び角度誤差を除去する手段も採用されていた。
また、偏芯による影響をキャンセルする手段として、一対の輪状ステータを用いた特許文献３の構成が提案されている。

特許第３１８２４９３号公報 特許第３１３８６０６号公報 特公平７−４３２６５号公報

従来の回転角度検出器は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献２の構成の場合、偏芯による影響をキャンセルすることはでき、１Ｘの場合の角度誤差は大幅に改善されるが、２個の独立したレゾルバを重合するため、各レゾルバに巻付けた巻線を直列に接続しなければならず、１回の巻線作業では巻線を行うことが不可能であった。
また、ケースと軸を必要とするため、部品点数が２倍となり、コストアップとなり、さらには、２個のレゾルバの連結により軸長、すなわち、厚さを薄くすることが困難であった。
また、特許文献３の構成の場合、前述と同様に、一対のレゾルバを重合して組合わせるため、コイル巻線とステータ部品点数及び組立て工程数が多く、コスト低減は困難であった。

本発明による回転角度検出器は、所定角度間隔で内方へ向けて突出する複数の第１突極を有する第１輪状ステータと、前記第１輪状ステータに重合され前記各第１突極とは非重合状態となるように所定角度間隔で内方へ向けて突出する複数の第２突極を有する第２輪状ステータと、からなる輪状ステータと、前記輪状ステータの内側に回転自在に設けられ前記第１、第２輪状ステータに対応して互いに位相が異なりコアのみからなる第１、第２ロータを有するロータと、前記各第１、第２突極を用いて巻回された励磁巻線及び出力巻線とを備え、前記励磁巻線及び前記出力巻線は、前記第１、第２輪状ステータを平面的にみて周方向に交互に配設された前記第１突極と前記第２突極とに前記周方向に沿って順に巻回されることで、始端から終端まで連続して前記各突極に巻回されている構成である。
また、前記第１、第２輪状ステータ間には、輪状ステータコアが積層されている構成であり、
また、前記各第１突極同志及び各第２突極同志は、互いに１８０度対向して配設されている構成であり、
また、前記第１、第２輪状ステータ及び第１、第２ロータは、積層板又は焼結体又は成形物又は機械加工体の磁性体よりなる構成であり、
また、前記第１、第２ロータは、１Ｘ用又はｎＸ用の非真円形又は偏心円形よりなり、各ロータと各ステータのギャップパーミアンスがｓｉｎｎθ又はｃｏｓｎθで変化するようなロータ外径形状である構成であり、
また、前記第１、第２ロータ間には、輪状ロータコアが積層されている構成であり、
また、前記第１、第２輪状ステータに形成されたスロットは、少なくともそれぞれ４個以上の構成であり、
また、前記励磁巻線と出力巻線は、２相／１相、１相／２相、ｎ相／ｍ相の何れかとする構成である。

本発明による回転角度検出器は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、一対の第１、第２輪状ステータの各スロット位置を互いにずらせた状態で重合させ、第１、第２輪状ステータの各第１、第２突極（あるいはスロット）を経て励磁巻線と２相出力巻線を巻付けているため、１台の巻線機を用いて巻線の始端から終端迄連続して巻付けることができる。
また、この巻線の巻付けにおいては、従来の多極ＶＲレゾルバと同等の製造コストで製造することが可能で、安価で高精度の１Ｘ、２Ｘ・・・等のレゾルバを得ることができる。
また、１Ｘのレゾルバを安価に作れることは、自動車のパワーステアリング、電気自動車、ハイブリッド用駆動モータ、発電機等の角度制御用、燃料制御用バルブ位置検出用等に最適な３６０度絶対角度検出可能なレゾルバを提供することができる。

本発明は、一対の第１、第２輪状ステータを重合させ、各スロットをずらせているため、第１、第２輪状ステータの各第１、第２突極を介して巻線を連続して巻付け、従来よりも大幅に安価に高精度レゾルバを提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による回転角度検出器の好適な実施の形態について説明する。
図１及び図２において、符号１で示されるものは輪状ステータであり、この輪状ステータ１は、一対の第１、第２輪状ステータ２、３を互いに重合させて構成されている。

前記第１輪状ステータ２は、所定角度間隔で内方へ向けて突出した複数の第１突極４〜４ｅを有し、第２輪状ステータ３は、所定角度間隔で内方へ突出する複数の第２突極５〜５ｅが形成され、各第１、第２輪状ステータ２、３を重合させた場合、各第１スロット２Ａ及び各第２スロット３Ａは互いに重合しないようにずらされており、その結果、各第１突極４〜４ｅと各第２突極５〜５ｅは、平面的にみて互いに重合せずに、２倍の数に形成されている。尚、各第１、第２輪状ステータ２、３間には、必要に応じて輪状ステータコア８を設けることができ、用いない場合もある。
また、前記各ステータ２、３の各突極４〜４ｅ、５〜５ｅ同志は、図１のように互いに１８０度対向して配設されている。

前記輪状ステータ１の内側には、図３及び図４で示されるロータ１０が図示しない軸を介して回転自在に設けられている。
このロータ１０は、真円からなる第１ロータ１２及び第２ロータ１３が図示しない軸に対して互いに偏心して取り付けられ、各第１、第２ロータ１２、１３間にも、必要に応じて輪状ロータコア１５が積層され、用いない場合もある。尚、この各ロータ１２、１３は、真円以外に非真円形又は偏心円形よりなり、ロータ１２、１３とステータ２、３間のギャップパーミアンスでｓｉｎｎθ又はｃｏｓｎθで変化するような周知ロータ外径形状である。

前述の輪状ステータ１は、斜視的にみると、図５に示されるように、第１、第２突極４〜４ｅと５〜５ｅが、軸方向すなわち厚さ方向に異なる位置に配設されている。
また、前述のロータ１０は、斜視的にみると、図６に示されるように、第１ロータ１２と第２ロータ１３が互いに１８０度ずれた状態で構成され、第１ロータ１２が第１輪状ステータ２に対応し、第２ロータ１３が第２輪状ステータ３に対応して各々一対の第１、第２レゾルバ２０、２１を形成している。尚、ステータ２、３とロータ１２、１３は、前述のように、ステータ２、３の内側にロータ１２、１３が配置されているが、ステータ２、３がインナでロータ１２、１３がアウタの場合も可である。

前記ロータ１０は、軸倍角１の１Ｘ型の構成であるが、軸倍角２の２Ｘ型では図７のように、楕円型で前述のｓｉｎｎθ、ｃｏｓｎθのｎが２の場合の第１、第２ロータ１２、１３を直交配置しており、軸倍角３の３Ｘ型では、図８のように、３個の突起部を有するほぼ三角形で前述のｓｉｎｎθ、ｃｏｓｎθのｎが３の場合の第１、第２ロータ１２、１３を６０度ずらせて配置している。

図９は、前記図１の輪状ステータ１における各突極４〜４ｅと５〜５ｅ（軸方向に二段配置）に対する励磁巻線Ｒ１−Ｒ２、２相出力巻線である第１、第２出力巻線Ｓ１−Ｓ３、Ｓ２−Ｓ４の巻線構成を示している。
すなわち、励磁巻線Ｒ１−Ｒ２は、各第１、第２突極４〜４ｅ、５〜５ｅを交互にかつ連続的に経て連続巻回され、すなわち前記第１、第２輪状ステータ２，３を平面的にみて周方向に交互に配設された前記第１突極４〜４ｅと前記第２突極５〜５ｅとに前記周方向に沿って順に巻回され、始端Ｒ１から終端Ｒ２迄連続して１台の巻線機によって巻回されていることにより、従来のように、巻線の直列接続を行う必要がない。
尚、第１出力巻線Ｓ１−Ｓ３と第２出力巻線Ｓ２−Ｓ４も、前述と同様に巻回されている。尚、励磁巻線Ｒ１−Ｒ２、出力巻線Ｓ１−Ｓ４は、１相励磁の２相出力だけではなく、１相励磁の２相出力、ｎ相励磁のｍ相出力とすることができる。

図１０は、１Ｘの場合における各第１、第２輪状ステータ２、３における各巻線Ｒ１−Ｒ２、Ｓ１−Ｓ３、Ｓ２−Ｓ４の巻方向と出力電圧の分布を示しており、正弦波状のｓｉｎ、ｃｏｓ２相出力電圧が出力されるように各スロット毎に巻数を変える周知（例えば、米国特許第５７５７１８２号）の巻線構造で構成されている。
但し、ステータ２とロータ１２の組合せで出力される電圧位相とステータ３とロータ１３の組合せでの電圧位相はロータが１８０度相対的にずれているため、ステータ２、３の出力巻線Ｓ１−Ｓ４は各々１８０度位相をずらした巻線分布とする。
従って、特許第３１３８６０６号公報において周知のように、一対のレゾルバ２０、２１のステータとロータの原点位置を互いに１８０度ずらせて配置し、各レゾルバ２０、２１の出力電圧を合成しているため、芯ずれにも拘わらず、最終の出力電圧は電圧アンバランスがキャンセルされ、電気誤差を少なくして安定させることができる。尚、図１０では第２ロータ１３は第１ロータ１２に対して１８０度角度がずれているため、第２輪状ステータ３による出力電圧分布は第１輪状ステータ２に対して矢印Ｅで示されるように１８０度位相がずれる。

また、図１１は、２ＸのＶＲ型レゾルバの巻線の巻方向と出力電圧を示しており、１Ｘ型と２Ｘ型の違いのみである。
尚、輪状ステータ１とロータ１０は、積層板又は焼結体又は成形物又は機械加工体の磁性体で形成される。又、同様に３Ｘ以上の巻線も可である。
また、前述のステータ２、３の突極（４〜４ｅ、５〜５ｅ）は、偶数だけでなく、奇数の場合もあり、１８０度対向しない場合もある。また、２Ｘ以上の構成でも前述の１Ｘと同様の作用効果が得られる。
また、図１１では第２ロータ１３は第１ロータ１２に対して９０度角度がずれているため、第２輪状ステータ３による出力電圧分布は第１輪状ステータ２に対して矢印Ｆで示されるように９０度位相がずれる。

本発明は、レゾルバに限らずシンクロ（１相励磁／３相出力）、ｎ相励磁／ｍ相出力のレゾルバで、ｎ、ｍは１以上の整数等にも適用可である。

本発明による回転角度検出装置の輪状ステータの平面図である。 図１のＡ’ＯＡ’断面図である。 図１に組合わせるロータを示す平面図である。 図３の断面図である。 図１の輪状ステータの斜視図である。 図３のロータの斜視図である。 図３の他の形態を示す構成図である。 図３の他の形態を示す構成図である。 図１の輪状ステータの巻線図である。 本発明における１ＸのＶＲレゾルバの巻線の巻方向と巻数及び出力電圧を示す説明図である。 本発明における２ＸのＶＲレゾルバの巻線の巻方向と巻数及び出力電圧を示す説明図である。

符号の説明

１ 輪状ステータ
２ 第１輪状ステータ
３ 第２輪状ステータ
４〜４ｅ 第１突極
５〜５ｅ 第２突極
８ 輪状ステータコア
１０ ロータ
１２ 第１ロータ
１３ 第２ロータ
１５ 輪状ロータコア
Ｒ１−Ｒ２ 励磁巻線
Ｓ１−Ｓ３ 第１出力巻線
Ｓ２−Ｓ４ 第２出力巻線

Claims (8)

1. 所定角度間隔で内方へ向けて突出する複数の第１突極(4〜4e)を有する第１輪状ステータ(2)と、前記第１輪状ステータ(2)に重合され前記各第１突極(4〜4e)とは非重合状態となるように所定角度間隔で内方へ向けて突出する複数の第２突極(5〜5e)を有する第２輪状ステータと、からなる輪状ステータ(1)と、前記輪状ステータ(1)の内側に回転自在に設けられ前記第１、第２輪状ステータ(2、3)に対応して互いに位相が異なりコアのみからなる第１、第２ロータ(12、13)を有するロータ(10)と、前記各第１、第２突極(4〜4e、5〜5e)を用いて巻回された励磁巻線(R1-R2)及び出力巻線(S1-S3、S2-S4)とを備え、
   前記励磁巻線(R1-R2)及び前記出力巻線(S1-S3、S2-S4)は、前記第１、第２輪状ステータ(2、3)を平面的にみて周方向に交互に配設された前記第１突極(4〜4e)と前記第２突極(5〜5e)とに前記周方向に沿って順に巻回されることで、始端(R1、S1、S2)から終端(R2、S3、S4)まで連続して前記各突極(4〜4e、5〜5e)に巻回されていることを特徴とする回転角度検出器。
2. 前記第１、第２輪状ステータ(2、3)間には、輪状ステータコア(8)が積層されていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出器。
3. 前記各第１突極(4〜4e)同志及び各第２突極(5〜5e)同志は、互いに１８０度対向して配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転角度検出器。
4. 前記第１、第２輪状ステータ(2、3)及び第１、第２ロータ(12、13)は、積層板又は焼結体又は成形物又は機械加工体の磁性体よりなることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の回転角度検出器。
5. 前記第１、第２ロータ(12、13)は、１Ｘ用又はｎＸ用の非真円形又は偏心円形よりなり、各ロータ(12、13)と各ステータ(2、3)のギャップパーミアンスがｓｉｎｎθ又はｃｏｓｎθで変化するようなロータ外径形状であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の回転角度検出器。
6. 前記第１、第２ロータ(12、13)間には、輪状ロータコア(15)が積層されていることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の回転角度検出器。
7. 前記第１、第２輪状ステータ(2、3)に形成されたスロット(2A、3A)は、少なくともそれぞれ４個以上であることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の回転角度検出器。
8. 前記励磁巻線(R1-R2)と出力巻線(S1-S3、S2-S4)は、２相／１相、１相／２相、ｎ相／ｍ相の何れかとすることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の回転角度検出器。

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