JP4362129B2

JP4362129B2 - レゾルバ

Info

Publication number: JP4362129B2
Application number: JP2006159710A
Authority: JP
Inventors: 悟阿久津; 誠樹児玉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: JP2007327868A

Description

この発明は、励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、ロータの回転に伴うギャップパーミアンスの変化を出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧からロータの回転角度を検出するレゾルバに関するものである。

従来、リング形状で径内側方向に突出した複数のティースが周方向に間隔をおいて形成されたステータコアと、各前記ティースに導線が巻回して構成された、１相の励磁巻線及び２相の出力巻線と、前記ステータコアの中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコアとの間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータとを備え、前記励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、前記ロータの回転に伴う前記ギャップパーミアンスの変化を前記出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧から前記ロータの回転角度を検出するレゾルバが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、レゾルバの故障を考え、複数個のレゾルバを備えた電動パワーステアリング装置用モータが知られている（例えば、特許文献２）。

特許第３５８８４５５号公報特開２００５−２７４４８４号公報

特許文献１のものの場合、例えば励磁巻線の導線が断線した場合、励磁巻線には励磁電圧が印加されず、回転角度検出が不可能になってしまうという問題点があった。

また、特許文献２のものの場合、上記のような問題点を解決することができるものの、複数個のレゾルバが組み込まれた電動パワーステアリング装置用モータは、それだけコストが高くなり、またサイズも大きくなってしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、一方の励磁巻線の導線が断線した場合でも、レゾルバの出力が損なわれることなく、正常に角度検出が可能であり、また例えば複数個のレゾルバが組み込まれた電動パワーステアリング装置用モータと比較して低コストで小型化が可能な電動パワーステアリング装置用モータを提供することを目的とする。

この発明に係るレゾルバは、リング形状で径内側方向に突出した複数のティースが周方向に間隔をおいて形成されたステータコアと、各前記ティースにインシュレータを介して導線が巻回して構成された、１相の励磁巻線及び２相の出力巻線と、前記ステータコアの中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコアとの間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータとを備え、前記励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、前記ロータの回転に伴う前記ギャップパーミアンスの変化を前記出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧から前記ロータの回転角度を検出するレゾルバにおいて、前記ステータコアには、前記励磁電圧がそれぞれに印加される２組の前記励磁巻線が組み込まれている。

この発明に係るレゾルバによれば、一方の励磁巻線の導線が断線した場合でも、レゾルバの出力が損なわれることなく、正常に角度検出が可能である。

また、例えば電動パワーステアリング装置用モータにわざわざ複数のレゾルバを組み込むことなく、安全性が確保され、また複数個のレゾルバが組み込まれたモータと比較してコストが低減されるとともに、サイズも小型化される。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のレゾルバ９が組み込まれた電動パワーステアリング装置用モータ（以下、「モータ」と略称する）１の側断面図である。
モータ１は、有底円筒形状のフレーム２と、このフレーム２に固定された固定子３と、この固定子３の内側に回転可能に設けられた回転子６と、フレーム２の周縁部にボルト７で固定されるとともに作業用孔５０を有するブラケット８と、ブラケット８に固定されたレゾルバ９とを備えている。

また、モータ１は、ブラケット８に嵌着されているとともにシャフト４を回転自在に支持したブラケット側軸受１０と、フレーム２の底面の凹部に固定されているとともにシャフト４を回転自在に支持したフレーム側軸受１１と、固定子３のブラケット側軸受１０側の側面に固定された結線板１２と、グロメット１３を貫通した、各相リード線１４および束ねられた複数のセンサ信号線１５と、各相リード線１４と結線板１２とを接続する接続ベース１６とを備えている。

前記固定子３は、軸線方向に延びたスロット（図示せず）が周方向に間隔をおいて形成された固定子鉄心１７と、固定子鉄心１７のスロットに巻装された固定子巻線１８と、固定子鉄心１７と固定子巻線１８との間に設けられたボビン１９とを備えている。
前記レゾルバ９は、シャフト４に固定された楕円形状のロータ２０と、ロータ２０の外周に設けられたステータコア２１と、ステータコア２１に導線が巻回して構成された、後で詳述する巻線とを備えている。
回転子６は、シャフト４と、このシャフト４の外周面に固定されたＮ磁極、Ｓ磁極からなる円筒状の磁石５とを備えている。
前記結線板１２は、溝部を有するホルダ２２と、各溝部に収まったＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各固定子側ターミナル２３と、各相の固定子側ターミナル２３の先端部から接続ベース１６側に延びた接続部２７を備えている。この各相の固定子側ターミナル２３は、固定子巻線１８に接続されており、平面状に展開したときには帯状であり、各溝部に収まっているときには、円形状である。

前記接続ベース１６は、埋設された雌ねじ部であるナット２６と、各相の固定子側ターミナル２３のそれぞれから軸線方向に挿入口から突出した接続部２７を通じて接続されているとともにナット２６とともにインサートモールド成形で一体化された各相の接続ターミナル２８とを備えている。
この接続ターミナル２８には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のリード線１４の端部に形成された各相のリード線側ターミナル２９が重ねられ、リード線側ターミナル２９の貫通孔（図示せず）と接続ターミナル２８の貫通孔（図示せず）とリード線側ターミナル２９の貫通孔（図示せず）を通じて雄ねじ部材であるねじ３０をベース部２５に螺着することで接続されている。

上記構成のモータ１では、各相のリード線１４から電流が流れ、固定子巻線１８には回転磁界が与えられ、回転子６は回転する。回転子６のシャフト４の回転力は、シャフト４の端部に形成されたボス３５を通じてステアリング機構に伝達され、ハンドルの操舵力のアシストに供される。
また、楕円形状のロータ２０の回転により、ステータコア２１とロータ２０との間のギャップパーミアンスが変化し、この変化を巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧は、センサ信号線１５を通じて出力回路に出力され、そこで回転子６の回転角度が検知される。

次に、上記レゾルバ９の構成について詳述する。
図２のレゾルバ９の正面図、図３は図２に示されたレゾルバ９の側面図、図４は上カバー３３が除かれた図２のレゾルバ９を示す正面図である。

レゾルバ９のステータコア２１は、珪素鋼板を積層して構成され、円環状で内側には、周方向に等分間隔で内径側に突出した８個のティース３０が形成されている。また、両側には、ブラケット８とねじ（図示せず）により固定される耳部３２が形成されている。
ステータコア２１には、ティース３０に樹脂製のインシュレータ３４を介して導線が巻回された巻線３５が装着されている。インシュレータ３４の片側には、端子３８を有するコネクタ３６が形成されている。このインシュレータ３４の上側は、巻線３５及び端子３８を覆った上カバー３３が嵌着されている。このインシュレータ３４の下側は、下カバー３７が嵌着されている。
ロータ２０の外形は、ステータコア２１とロータ２０との間のギャップパーミアンスが、ロータ２０の回転角度に応じて正弦波状に変化する、特殊曲線になっている。

図５は第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１のそれぞれのステータコア２１における位置を示した図であり、図６は図５に示した第１の励磁巻線４０の位置を示して図であり、図７は図５に示した第２の励磁巻線４１の位置を示した図である。
また、図８はＳｃｏｓ出力巻線４３のステータコア２１における位置を示した図であり、図９はＳｓｉｎ出力巻線４４のステータコア２１における位置を示した図である。

図４で示した巻線３５は、２組の１相の第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１と、２相のＳｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４とから構成されており、ステータコア２１には、第１の励磁巻線４０、第２の励磁巻線４１が装着された後に、Ｓｃｏｓ出力巻線４３、Ｓｓｉｎ出力巻線４４が装着されているので、レゾルバ９の外側からは、第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は見えない。

図５〜図７に示すように、インシュレータ３４に形成された隔壁４２を境にしてティース３０の外径側には、第１の励磁巻線４０が装着されている。隔壁４２を境にしてティース３０の内径側には、第２の励磁巻線４１が装着されている。
第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は、それぞれの各ティース３０における導線の巻回数が同一になるように順次周方向に沿って連続的に巻回されており、それぞれの導線の両端部が、端子３８に接続されている。図５〜図７中に示された「Ｒ」は、ステータコア２１の中心から径方向外側に沿って視たときの導線の巻回方向が時計方向であることを示しており、「Ｌ」は、導線の巻回方向が反時計方向であることを示している。
第１の励磁巻線４０と第２の励磁巻線４１とは、センサ信号線１５を通じて図示しない励磁回路にそれぞれ独立に接続されている。
なお、第１の励磁巻線４０の上層に第２の励磁巻線４１を装着することで、隔壁４２を廃止するようにしてもよい。

図８は第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１の上層に導線を巻回して構成されるＳｃｏｓ出力巻線４３のステータコア２１における位置を示し、図９は第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１の上層に導線を巻回して構成されるＳｓｉｎ出力巻線４４のステータコア２１における位置を示している。なお、図８、図９において、第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は、省略されている。

Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４は、各ティース３０において一つおきに導線の巻回数が同一になるように、順次周方向に沿って連続的に巻回されており、それぞれの導線の両端部が、端子３８に接続されている。なお、図８、図９における「Ｌ」、「Ｒ」も図５〜図７と同様に導線の巻回方向を示している。
Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４は、センサ信号線１５を通じて図示しない出力回路に接続されている。

次に、上記構成のレゾルバ９の動作について、図１０に示した配線図及び図１１に示した出力電圧振幅変化の特性図に基づいて説明する。
第１の励磁巻線４０、第２の励磁巻線４１には、一例として１０ｋＨｚ、５Ｖｐｐの正弦波電圧が印加されている。ロータ２０が回転すると、ステータコア２１とロータ２０との間のリラクタンスが変化し、図１１に示した２相のＳｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４の振幅と励磁信号に対する位相とが変化する。Ｓｃｏｓ出力巻線４３とＳｓｉｎ出力巻線４４との出力電圧の振幅変化は位相が９０度ずれており、この信号を検出回路によって信号処理することにより、回転角度を検出することができる。
ここで、励磁電圧を
Ｖ＝Ｅ・ｓｉｎωｔ・・・（１）
２相の出力電圧を
Ｓｃｏｓ＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ（θ）・・・（２）
Ｓｓｉｎ＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ）・・・（３）
Ｅは入力電圧、Ｋはレゾルバ９の変圧比、ωは励磁電圧の角速度、ｔは時間、θはレゾルバ９の電気角としたとき、角度θは以下の式で求められる。
θ＝ｔａｎ^−１（Ｓｓｉｎ／Ｓｃｏｓ）・・・（４）
この際、出力電圧は励磁電圧と同じく１０ｋＨｚの正弦波で出力されているので、振幅値として検出し、出力の符号は励磁電圧と出力電圧が同相の場合を正、逆相の場合を負として計算する。

この実施の形態では、以上のように構成されているので、２組の第１の励磁巻線４０、第２の励磁巻線４１の一方の導線が断線しても出力が損なわれること無く、正常に角度を検出することができる。

なお、２相のＳｃｏｓ出力巻線４３、Ｓｓｉｎ出力巻線４４の一方が断線した場合は正常な角度検出はできなくなるが、残りの相の出力巻線を用いることによって、限定的な角度検出は可能である。

また、インシュレータ３４には、ティース３０の径方向外側の第１の励磁巻線４０と径方向内側の第２の励磁巻線４１とを仕切る隔壁４２が設けられているので、第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は、導線がティース３０に効率良く巻回されて形成される。また、第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は、互いに物理的に分離され、短絡の発生を防止できるという効果もある。

また、上記構成のモータ１は、わざわざ複数のレゾルバを組み込むことなく、安全性が確保され、また複数個のレゾルバが組み込まれたモータと比較してコストが低減されるとともに、サイズも小型化される。

実施の形態２．

図１２はレゾルバ９Ａの上カバー３３が除かれたときの正面図、図１３は第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１のそれぞれのステータコア２１における位置を示した図、図１４は第１の励磁巻線４０の位置を示しており、図１５は第２の励磁巻線４１の位置を示した図である。

また、図１６は第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ及び第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂのステータコア２１における位置を示し、図１７は第１の第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ及び第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂのステータコア２１における位置を示した図である。なお、図１６〜図２１において、第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は、省略されている。

この実施の形態では、図１２で示した巻線３５Ａは、２組の１相の第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１と、２組の、２相の第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ及び第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ、第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂ及び第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂとから構成されており、ステータコア２１には、第１の励磁巻線４０、第２の励磁巻線４１が装着された後に、第１及び第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ，４３Ｂ、第１及び第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ，４４Ｂが装着されているので、レゾルバ９の外側からは、第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１は見えない。
第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａは、図１８に示すように、インシュレータ３４に形成された隔壁４２を境にしてティース３０の外径側に装着されている。第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂは、図１９に示すように、隔壁４２を境にしてティース３０の内径側に装着されている。

第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ及び第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂは、各ティース３０において一つおきに導線の巻回数が同一になるように、順次周方向に沿って連続的に巻回されており、それぞれの導線の両端部が、端子３８にそれぞれ接続されている。第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ及び第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂは、センサ信号線１５を通じて図示しない出力回路にそれぞれ独立に接続されている。

第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａは、図２０に示すように、隔壁４２を境にしてティース３０の外径側に装着されている。第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂは、図２１に示すように、隔壁４２を境にしてティース３０の内径側に装着されている。

第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ及び第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂは、各ティース３０において一つおきに導線の巻回数が同一になるように、順次周方向に沿って連続的に巻回されており、それぞれの導線の両端部が、端子３８にそれぞれ接続されている。第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ及び第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂは、センサ信号線１５を通じて図示しない出力回路に独立に接続されている。
なお、図１３〜図２１における「Ｌ」、「Ｒ」も、実施の形態１に示した各図と同様に導線の巻回方向を示している。

図１３〜図１５に示した、２組の１相の第１の励磁巻線４０及び第２の励磁巻線４１、及び他の構成は、実施の形態１と同様である。
なお、第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ上に第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂを装着し、また第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ上に第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂを装着することで、隔壁４２を廃止するようにしてもよい。

この実施の形態では、実施の形態１と同様に２組の第１の励磁巻線４０、第２の励磁巻線４１の一方の導線が断線しても、出力が損なわれること無く、正常に角度を検出することができる。
また、２組の、２相の第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａ及び第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａ、第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂ及び第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂがステータコア２１に組み込まれているので、一方の２相の出力巻線の導線が断線した場合でも、正常に角度を検出することができる。

また、インシュレータ３４には、第１のＳｃｏｓ出力巻線４３Ａと第２のＳｃｏｓ出力巻線４３Ｂとを仕切り、また第１のＳｓｉｎ出力巻線４４Ａと第２のＳｓｉｎ出力巻線４４Ｂとを仕切る隔壁４２が形成されているので、各出力巻線４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂは、導線がティース３０に効率良く巻回されて形成される。また、第１の出力巻線４３Ａ，４４Ａと、第２の出力巻線４３Ｂ，４４Ｂは、互いに物理的に分離され、短絡の発生を防止することができるという効果もある。

なお、上記の各実施の形態では、電動パワーステアリング装置用のモータ１に適用されたレゾルバ９について説明したが、このレゾルバ９は他の装置にも適用できるのは勿論である。

この発明の実施の形態１のレゾルバが組み込まれた電動パワーステアリング装置用モータの側断面図である。図１のレゾルバの正面図である。図２のレゾルバの側面図である。上カバーが除かれたときの図２のレゾルバの正面図である。図１のレゾルバの第１の励磁巻線及び第２の励磁巻線のそれぞれのステータコアにおける位置を示した図である。図５の第１の励磁巻線の位置を示した図である。図５の第２の励磁巻線の位置を示した図である。Ｓｃｏｓ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。Ｓｓｉｎ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図１のレゾルバの配線図である。図１にレゾルバの出力電圧振幅変化を示す特性図である。この発明の実施の形態２のレゾルバの上カバーが除かれたときの正面図である。図１２のレゾルバの第１の励磁巻線及び第２の励磁巻線のそれぞれのステータコアにおける位置を示した図である。図１３の第１の励磁巻線の位置を示した図である。図１３の第２の励磁巻線の位置を示した図である。図１２のレゾルバの第１のＳｃｏｓ出力巻線及び第２のＳｃｏｓ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図１２のレゾルバの第１のＳｓｉｎ出力巻線及び第２のＳｓｉｎ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図１２のレゾルバの第１のＳｃｏｓ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図１２のレゾルバの第２のＳｃｏｓ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図１２のレゾルバの第１のＳｓｉｎ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図１２のレゾルバの第２のＳｓｉｎ出力巻線のステータコアにおける位置を示した図である。

符号の説明

１モータ、４シャフト、９，９Ａレゾルバ、１５センサ信号線、２０ロータ、２１ステータコア、３０ティース、３４インシュレータ、３５，３５Ａ巻線、３６コネクタ、３８端子、４０第１の励磁巻線、４１第２の励磁巻線、４２隔壁、４３Ｓｃｏｓ出力巻線、４３Ａ第１のＳｃｏｓ出力巻線、４３Ｂ第２のＳｃｏｓ出力巻線、４４Ｓｓｉｎ出力巻線、４４Ａ第１のＳｓｉｎ出力巻線、４４Ｂ第２のＳｓｉｎ出力巻線。

Claims

リング形状で径内側方向に突出した複数のティースが周方向に間隔をおいて形成されたステータコアと、
各前記ティースにインシュレータを介して導線が巻回して構成された、１相の励磁巻線及び２相の出力巻線と、
前記ステータコアの中心に回転可能に設けられ、回転角度に応じてステータコアとの間でのギァップパーミアンスが正弦波状に変化する外周曲線を有するロータとを備え、
前記励磁巻線に励磁電圧が印加された状態で、前記ロータの回転に伴う前記ギャップパーミアンスの変化を前記出力巻線からの出力電圧として検出し、この出力電圧から前記ロータの回転角度を検出するレゾルバにおいて、
前記ステータコアには、前記励磁電圧がそれぞれに印加される２組の前記励磁巻線が組み込まれていることを特徴とするレゾルバ。
前記インシュレータには、前記ティースの径方向内側と径方向外側とで前記励磁巻線同士を仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ。
前記ステータコアには、前記出力電圧がそれぞれ出力される２組の前記出力巻線が組み込まれてい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。
前記インシュレータには、前記ティースの径方向内側と径方向外側とで前記出力巻線同士を仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のレゾルバ。
前記ロータは、パワーステアリング装置用モータの回転子のシャフトに固定されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のレゾルバ。