JP4246210B2 - レゾルバ構造の配置方法 - Google Patents

Description

本発明は、レゾルバの構造設計に係り、特に、回転するモータの位置をフィードバックするシステムに適用可能であり、且つ数式に通じて回転子と固定子との磁極数の配置を決めることにより、分解能が変更可能になるレゾルバ構造の配置方法に関するものである。

目下、回転するモータは、トランジスター三相転流器によってパルス幅を変調してモータの固定子に回転磁界を発生し、前記回転磁界は回転子の永久磁石による磁界と相互に作用して回転モーメントが発生する。なお、電子転相器の目的は、固定子による磁界の方向が回転子の永久磁石による磁界の方向に垂直する状態を保持し、最大の回転モーメントを発生することであり、上記目的を達成するために、レゾルバのフィードバックは不可欠である。すなわち、回転子の磁極の位置を精密で精確に測定して位置信号をドライバーにフィードバックして、ドライバーが固定子のコイルを点弧して、固定子による磁界の方向を回転子の永久磁石による磁界の方向に垂直させ、これにより、モータは最大の出力効率を得ることができる。

例えば米国特許第6,137,204号に開示したように、その構造は、主に、固定子の磁極のギャップを等距離に配置し、なお、固定子と回転子の相対配置は一定の仕様があり、分解能を向上する場合には、回転子の磁極数が増加し、ひいては回転子に対応する固定子の磁極数も増加になる。

しかしながら、これは次のような欠点があった。
（イ）分解能を向上する場合には、回転子の磁極数が増加し、ひいては回転子に対応する固定子の磁極数も増加になるので、巻き線が難しくなる。

（ロ）上記構造が三相信号から二相回路に転換する場合には、複雑な転相回路を別に追加することが必要であり、なお、そうしても、三回目以上の高調波のみ除去可能である（一回目の基本波を含まず奇数回の高調波しか除去できない）。

（ハ）開示された配置数式を利用し、且つ等距離の方式で配置することが必要であるので、作製の規制は多く、作製工数が無駄に向上する。

本発明の主な目的は、巻き線作業が容易になり、組付け作業が便利になり、分解能が向上になるレゾルバ構造の配置方法を提供する。

上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、レゾルバの固定子の磁極数（N_s）を相数（ｑ）の整数倍（ｔ）に設定するステップと、

（ｎは回転子の磁極のピッチ数、ｋは固定子の磁極の間のバッファ・ギャップ）との数式によって、回転子磁極数（N_r）を求めるステップと、前記固定子磁極数（N_s）と、回転子磁極数（N_r）とを求めた後、これらによって歯体を配置して、位相差を持つ出力信号を発生するステップとを含むことを特徴とするレゾルバ構造の配置方法であることを要旨としている。

本願の第２発明では、前記整数倍（ｔ）は自然数であることを特徴とする、本願の第１発明に記載のレゾルバ構造の配置方法であることを要旨としている。

本願の第３発明では、前記位相信号は、固定子磁極中心が回転子ピッチの［（0〜（相数-1））/相数］の箇所に位置するときに発生することを特徴とする、本願の第1発明に記載のレゾルバ構造の配置方法であることを要旨としている。

本願の第４発明では、前記配置ステップにおいて、バッファ・ギャップ（ｋ）を取り除いた後に、等ギャップ構造のように配置することが可能であることを特徴とする、本願の第１発明に記載のレゾルバ構造の配置方法であることを要旨としている。

本発明に係るレゾルバ構造の配置方法によれば、次のような効果がある。

（イ）固定子の磁極のギャップは非等距離に配置するので、固定子の磁極数が低減になり、ひいては固定子の磁極のギャップが広くなり、巻き線作業は容易になり、作製コストは大幅に低減になる。

（ロ）ニ相回路に転換する場合には、転相回路が必要なく、二つの減法器だけを直接に利用すると完成するので、作製コストは大幅に低減になる。

（ハ）例えば二回目の高調波などのより低い高調波を除去できるので、出力信号は良くなり、波形はもっと綺麗になる。

（ニ）分解能を向上する場合に、回転子の磁極数が増加するが、固定子の磁極数は回転子に対応して増加する必要がないので、構造を簡単化することができ、作製コストは大幅に低減になる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図１乃至図９を参照する。図１乃至図９に示すのは、本発明を説明するために挙げた実施例だけであり、本発明の特許請求範囲を限定するためのものではない。

図１と図２に示すのは、本発明の四相を例にして、回転子１と固定子２との構造において、レゾルバの固定子の磁極数（N_s）を相数（ｑ）の整数倍（ｔ）（ｔは自然数であり）に設定し、すなわち、N_s＝ｔｘｑであり、なお、ｑ＝4、ｔ＝3である場合には、固定子の磁極数（N_s）＝3x4＝12である。

次に、数式によって回転子の磁極数（N_r）を求める。相数ｑ＝4、回転子の磁極のピッチ数ｎ＝3、バッファ・ギャップｋ＝1である場合には、

であれば、
Ｎ_r＝５７
である。

上記の計算によれば、N_s＝12、N_r＝57であり、これにより、歯体を配置することができ、図３に示すように、位相差は０度、９０度、１８０度、２７０度（四相）の出力信号が発生し、なお、その相位置の信号発生箇所は下記にある。

Ａ相位置の信号発生は、固定子磁極３の中心点が二つの回転子磁極４の0/4に位置するときに発生する。

Ｂ相位置の信号発生は、固定子磁極３の中心点が二つの回転子磁極４の1/4に位置するときに発生する。

Ｃ相位置の信号発生は、固定子磁極３の中心点が二つの回転子磁極４の2/4に位置するときに発生する。

Ｄ相位置の信号発生は、固定子磁極３の中心点が二つの回転子磁極４の3/4に位置するときに発生する。

なお、四相Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの信号発生箇所を求めた後、巻き線方式によって出力信号波形を求めることができ、すなわち、同じ相のコイル５を直列接続し、且つ各相の最後端には一つの測定抵抗Ｒを直列接続し、前記測定抵抗Ｒの両端によって各相の出力信号を得ることができ、図６乃至図９に示すように、各相の出力信号波形は極めて平滑である。

また、本発明の歯体の配置例は表１で示す。

表１から明らかなように、回転子の磁極数が多いほど、分解能は高く、そしてバッファ・ギャップを増加することにより、分解能を向上することができる。

ACスパン＝ABスパン + BCスパン。

ACスパンは固定子磁極（二つの磁極A,B相ごとは一つのユニット）から複製された角度であると仮設すれば、固定子磁極数が１２である場合には、ACスパンを６回に複製すると一つの円周になる。

また、位相信号は、固定子磁極中心が回転子ピッチの［（0〜（相数-1））/相数］の箇所に位置するときに発生する。

特に、

（ｎは回転子の磁極のピッチ数）によれば、回転子磁極数が一定である場合には、ｎが大きいほど、固定子の磁極数が少なく、収容可能な巻き数が多くなり、なお、ｎが小さいほど、固定子の磁極数が多く、収容可能な巻き数が少なくなり、しかし、固定子の磁極数は信号の平滑度に影響し、巻き数は信号大きさ及び振幅の低下変動の程度に影響するので、適当に工夫しないと最高の解答は得られない。

また、固定子磁極数が一定である場合には、ｋは固定子磁極の間のスパンの異なりによるバッファ・ギャップであり、バッファ・ギャップ（ｋ）が大きいほど、固定子磁極が跨り可能な回転子磁極数は多く、だから、円周全体に分布した回転子磁極数が増加し、これにより、分解能が高くなり、なお、バッファ・ギャップ（ｋ）が小さいほど、固定子磁極が跨り可能な回転子磁極数は少なく、これにより、分解能が低くなる。

このように、上記配置方法および上記数式により、非対称な不等ギャップ構造が自然に配置可能になり、なお、回転子磁極間のバッファ・ギャップ（ｋ）を取り除いた後に、上記配置方法で配置すれば、等ギャップ構造のように配置することも可能であり、だから、本発明の適用可能な分野は多元化になる。

本発明に係る回転子の概略図である。 本発明に係る固定子の概略図である。 本発明に係る回転子と固定子の組合状態を示す概略図である。 本発明に係る固定子の巻き線を示す概略図である。 本発明に係る固定子のコイルのワイヤ接続方式を示す概略図である。 本発明に係る実施例Ａの位相信号出力波形を示す概略図である。 本発明に係る実施例Ｂの位相信号出力波形を示す概略図である。 本発明に係る実施例Ｃの位相信号出力波形を示す概略図である。 本発明に係る実施例Ｄの位相信号出力波形を示す概略図である。

符号の説明

１ 回転子
２ 固定子
３ 固定子磁極
４ 回転子磁極
５ コイル
τ_p 回転子磁極距離

Claims (4)

1. レゾルバの固定子の磁極数（N_s）を相数（ｑ）の整数倍（ｔ）に設定するステップと、
   

   

   （ｎは回転子の磁極のピッチ数、ｋは固定子の磁極の間のバッファ・ギャップ）との数式によって、回転子磁極数（N_r）を求めるステップと、
   前記固定子磁極数（N_s）と、回転子磁極数（N_r）とを求めた後、これらによって歯体を配置して、位相差を持つ出力信号を発生するステップとを含むことを特徴とする、
   レゾルバ構造の配置方法。
2. 前記整数倍（ｔ）は自然数であることを特徴とする、請求項１に記載のレゾルバ構造の配置方法。
3. 前記位相信号は、固定子磁極中心が回転子ピッチの［（0〜（相数-1））/相数］の箇所に位置するときに発生することを特徴とする、請求項１に記載のレゾルバ構造の配置方法。
4. 前記配置ステップにおいて、バッファ・ギャップ（ｋ）を取り除いた後に、等ギャップ構造のように配置することが可能であることを特徴とする、請求項１に記載のレゾルバ構造の配置方法。
   
   

Images