JP4521700B2

JP4521700B2 - バリアブルリラクタンス型角度検出器

Info

Publication number: JP4521700B2
Application number: JP2005115635A
Authority: JP
Inventors: 康雄飯島
Original assignee: 康雄飯島
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-04-13
Also published as: DE102006017025B4; JP2006292612A; US7408340B2; DE102006017025A1; US20060232270A1

Description

本発明は、ギャップパーミアンスが角度θに対して正弦波状に変化する形状の回転子が、歯部に励磁巻線と出力巻線とが巻回された固定子に対して回転自在に設けられてなるバリアブルリラクタンス型角度検出器に関する。

従来のバリアブルリラクタンス型角度検出器として、例えば、１２個の歯部が内側へ突出するように円周上に配設された固定子コアに励磁巻線及び２相の出力巻線が巻回されてなる固定子の中心に、回転子が回転自在に配設されてなるものがある。

励磁巻線は、円周方向に極性が順次異なるようにして各歯部に巻回されて励磁コイルを形成している。また、２相の出力巻線は、位相が互いに９０°異なるＳＩＮ出力とＣＯＳ出力が得られるように各歯部に巻回されて出力コイルを形成している。これに対し、回転子は、その外形が、ギャップパーミアンスが角度θに対して正弦波状に変化するように形成されている。これにより、回転子が回転すると、励磁巻線に供給された励磁電圧が、一方の出力巻線からＣＯＳ出力電圧として出力されるとともに、他方の出力巻線からＳＩＮ出力電圧として出力される（例えば特許文献１参照）。

図４は、１２個の歯部に巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線の巻線構造を模式的に表したものである。図に示すように、励磁巻線は、所定の歯部の番号を１として各歯部に円周方向に順次１から１２の番号を付したとすれば、奇数番号の歯部に対しては正巻に励磁巻線が巻回され、偶数番号の歯部に対しては逆巻に励磁巻線が巻回されている。また、正巻及び逆巻の巻回数は同等である。

そして、ＣＯＳ出力電圧を出力する出力巻線は、正巻及び逆巻の巻回数が、図に示すように、ＣＯＳ出力となるように各歯部において変化されるようにして、円周方向に正巻と逆巻とを交互に巻回されている。また、ＳＩＮ出力電圧を出力する出力巻線も、正巻及び逆巻の巻回数が、図に示すように、ＳＩＮ出力となるように各歯部において変化されるようにして、円周方向に正巻と逆巻とを交互に巻回されている。

特開平８−１７８６１１号公報

従来のバリアブルリラクタンス型角度検出器では、１個の歯部に励磁巻線と２相の出力巻線とが３層に巻回されるので、２箇所の層間で絶縁を確保する必要がある。バリアブルリラクタンス型角度検出器では、一般に、層間を絶縁するために絶縁層を設けずに励磁巻線及び２相の出力巻線の表皮に施されたエナメル層で絶縁を確保しているが、絶縁すべき箇所が多くなれば、エナメル層の剥離等による絶縁不良が生じる確率も高くなる。

また、バリアブルリラクタンス型角度検出器の出力を上げるには２相の出力巻線の巻回数を増やすことになるが、１個の歯部に励磁巻線と２相の出力巻線とが３層に巻回されるので、巻回数を増やすにはスロットの容積を増やさなければならず、バリアブルリラクタンス型角度検出器のサイズが大きくなるという問題がある。さらに、各歯部において励磁巻線及び２相の出力巻線の巻回数を増やせば、巻線作業が長時間化するので、コストアップの原因になる。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、絶縁の信頼性が高く、高出力のバリアブルリラクタンス型角度検出器を、簡易な構造且つ低コストで実現することができる手段を提供することを目的とする。

本発明は、ギャップパーミアンスが角度θに対して正弦波状に変化する形状の回転子が、歯部に励磁巻線と出力巻線とが巻回された固定子に対して回転自在に設けられてなるバリアブルリラクタンス型角度検出器であって、上記固定子は、第１の歯部から第１２の歯部が円周方向に順次配設され、励磁巻線が、第１の歯部、第２の歯部、第３の歯部、第７の歯部、第８の歯部、及び第９の歯部の各歯部に同一の極性となるように集中巻きされ、且つ、第４の歯部、第５の歯部、第６の歯部、第１０の歯部、第１１の歯部、及び第１２の歯部の各歯部に上記極性と逆極性となるように集中巻きされ、第１の出力巻線が、第１の歯部、第２の歯部、第３の歯部、第７の歯部、第８の歯部、及び第９の歯部の各歯部に順次極性が異なるように集中巻きされ、第２の出力巻線が、第４の歯部、第５の歯部、第６の歯部、第１０の歯部、第１１の歯部、及び第１２の歯部の各歯部に順次極性が異なるように集中巻きされたものである。

本発明に係るバリアブルリラクタンス型角度検出器によれば、第１の出力巻線及び第２の出力巻線を従来と同程度の巻回数で各歯部に巻回して、従来より高い出力を得ることができる。したがって、小型且つ高出力のバリアブルリラクタンス型角度検出器を低コストで実現することができる。また、各歯部当たりに、励磁巻線と第１の出力巻線又は第２の出力巻線とが巻回された２層のコイルが形成されているので、３層のコイルが形成される従来のバリアブルリラクタンス型角度検出器より絶縁箇所を低減することができ、絶縁の信頼性が向上する。

以下、本発明の好ましい実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るバリアブルリラクタンス型角度検出器１の主要な構成を示すものである。図に示すように、バリアブルリラクタンス型角度検出器１は、１２個の歯部２が内側へ向かって円周状に突設され、各歯部２にコイル３が巻回されてなる固定子４と、該固定子４の中心に回転自在に配設された回転子５とからなるものである。

上記固定子４は、固定子コア６に、上記コイル３を構成する励磁巻線７、ＳＩＮ出力巻線８（第１の出力巻線）及びＣＯＳ出力巻線９（第２の出力巻線）が所定の巻回方法で巻回されてなるものである。固定子コア６は、図１に示すように、全体が略円環状の外形をなしており、その内周面から径方向内側へ１２個の歯部２が突出した形状のものである。このような固定子コア６は、例えば、所定厚みの鋼板を図１に示す平面視形状にプレス加工し、該鋼板を複数枚を積層してカシメ等により一体に固着することにより形成される。このような固定子コア６の１２個の各歯部２に、励磁巻線７、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９が巻回されて所定の巻線方法で巻回されてコイル３が構成されているが、これらの巻線方法の詳細については後述する。なお、固定子コア６の外周側には、固定子４を所望の箇所に固定するための鍔部１０が形成されているが、該鍔部１０は任意の構成である。

回転子５は、図１に示すように、全体が略円環状の外形をなしており、その外周が、固定子４とのギャップパーミアンスが、回転子５の回転方向の角度θに対して正弦波状に変化する形状のものである。このような回転子５は、上記固定子コア６と同様に、例えば、所定厚みの鋼板を図１に示す回転子５の平面視形状にプレス加工し、該鋼板を複数枚を積層してカシメ等により一体に固着することにより形成される。本実施の形態において、回転子５は、外形の７箇所に凸部が形成された所謂軸倍角７Ｘのものであるが、本発明において回転子の軸倍角は特に限定されるものではなく、１Ｘ，２Ｘ，３Ｘ，４Ｘ等を任意に採用することができる。

以下、上記固定子コア６の各歯部２への励磁巻線７、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９の巻線方法について詳述する。
図２に示すように、固定子コア６の１２個の歯部２に対して、便宜的に１から１２の番号を時計回りに付す。この番号は、１２個のいずれの歯部２を番号１としてもよく、番号１の歯部２（第１の歯部）から、時計回り又は反時計回りのいずれの方向へ番号２の歯部２（第２の歯部）、番号３の歯部２（第３の歯部）、・・・、番号１２の歯部２（第１２の歯部）と付してもよいが、時計回り又は反時計回り方向の隣の歯部２に、すなわち歯部２を飛び越えることなく順番に番号を昇順に付すものとする。本実施の形態では、図に示すように、時計回りに番号を昇順に付している。

励磁巻線７は、図３に示すように、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２に同一の極性となるように所定のターン数（巻回数）で集中巻きされ、且つ、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２に上記極性と逆極性となるように所定のターン数で集中巻きされる。すなわち、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２において励磁巻線７を正巻きに巻回するとすれば、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２においては励磁巻線７を逆巻きに巻回する。

これにより、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２に巻回された励磁巻線７と、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２に巻回された励磁巻線７とは、それぞれ番号１，２，３，７，８，９の各歯部２において同じ極性であり、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２において同じ極性であって、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２に対して、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２が異なる極性となる。

なお、励磁巻線７の巻回方法は特に限定されるものではないが、フライヤ式又はノズル式の巻線機を用いて各歯部２に対して１本の銅線を連続して巻回し、各歯部２間の渡り線は固定子コア６に形成した絡げ部に絡ませておけば効率的に励磁巻線７を各歯部２に集中巻きすることができる。また、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２と、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２とでいずれを正巻き又は逆巻きに励磁巻線７を巻回するかは任意である。

ＳＩＮ出力巻線８は、図３に示すように、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２に順次極性が異なるように所定のターン数で集中巻きされる。すなわち、番号１，３，８の各歯部２においてＳＩＮ出力巻線８を正巻きに巻回するとすれば、番号２，７，９の各歯部２においてＳＩＮ出力巻線８を逆巻きに巻回する。

これにより、番号１，３，８の各歯部２に巻回されたＳＩＮ出力巻線８と、番号２，７，９の各歯部２に巻回されたＳＩＮ出力巻線８とは、それぞれ番号１，３，８の各歯部２において同じ極性であり、番号２，７，９の各歯部２において同じ極性であって、番号１，３，８の各歯部２に対して、番号２，７，９の各歯部２が異なる極性となる。換言すれば、番号１，２，３，７，８，９の各歯部２において、ＳＩＮ出力巻線８が順次逆の極性となる。

ＣＯＳ出力巻線９は、図３に示すように、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２に順次極性が異なるように所定のターン数で集中巻きされる。すなわち、番号４，６，１１の各歯部２においてＣＯＳ出力巻線９を正巻きに巻回するとすれば、番号５，１０，１２の各歯部２においてＣＯＳ出力巻線９を逆巻きに巻回する。

これにより、番号４，６，１１の各歯部２に巻回されたＣＯＳ出力巻線９と、番号５，１０，１２の各歯部２に巻回されたＣＯＳ出力巻線９とは、それぞれ番号４，６，１１の各歯部２において同じ極性であり、番号５，１０，１２の各歯部２において同じ極性であって、番号４，６，１１の各歯部２に対して、番号５，１０，１２の各歯部２が異なる極性となる。換言すれば、番号４，５，６，１０，１１，１２の各歯部２において、ＳＩＮ出力巻線８が順次逆の極性となる。

このように巻回されたＳＩＮ出力巻線８とＣＯＳ出力巻線９とは位相が９０°異なるので、励磁巻線７による入力電圧に対し、ＳＩＮ出力巻線８からはＳＩＮ出力電圧が、ＣＯＳ出力巻線９からはＣＯＳ出力電圧が得られる。

なお、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９の巻回方法は特に限定されるものではないが、励磁巻線７と同様に、フライヤ式又はノズル式の巻線機を用いて各歯部２に対して１本の銅線を連続して巻回し、各歯部２間の渡り線は固定子コア６に形成した絡げ部に絡ませておけば効率的に励磁巻線７を各歯部２に集中巻きすることができる。

このように、本実施の形態に係るバリアブルリラクタンス型角度検出器１によれば、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９を従来と同程度のターン数で各歯部２に巻回して、従来より高い出力を得ることができる。ターン数を少なくできることにより、スロット容積が小さな固定子コア６を用いることができるので、バリアブルリラクタンス型角度検出器１の小型化が実現できる。また、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９のターン数を少なくできることにより、巻線作業時間が短縮できるので、バリアブルリラクタンス型角度検出器１の低コスト化が実現できる。また、各歯部２におけるＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９のターン数が少なければ、回転子５の加工誤差の影響等による出力精度の誤差を是正するために、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９のターン数を調整することが容易である。

また、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９は、それぞれ１８０°異なる位置の歯部２、すなわち、固定子コア６の各歯部２の対抗位置にも必ず巻回されているので、回転子５の加工誤差等により偏芯が生じたとしても、対抗位置の歯部２に巻回されたＳＩＮ出力巻線８又はＣＯＳ出力巻線９により、ＳＩＮ出力巻線８又はＣＯＳ出力巻線９に生ずる誘起電圧が相殺されるように作用するので、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９の各々の出力電圧の平衡が保持されるという利点がある。

さらに、各歯部２には、励磁巻線７と第１の出力巻線８又は第２の出力巻線９とが巻回されるので、各歯部２当たり２層のコイル３となる。したがって、従来のように各歯部当たり３層のコイルよりも絶縁箇所を要する層間が少ないので、絶縁の信頼性が向上する。また、各歯部２当たり２層のコイル３とすれば、１２個の歯部２における総コイル数が２４コイルとなり、従来の各歯部当たり３層のコイルとした場合の総コイル数より少ないので、コイルを形成するための巻線作業時間が短縮され、バリアブルリラクタンス型角度検出器１の低コスト化が実現される。

以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１として、上記実施の形態と同様のバリアブルリラクタンス型角度検出器１を作製し、回転子５を、その凸部が番号２の歯部２に対抗する位置として励磁コイル７に電圧１０Ｖ（Ｏ−Ｐ）を入力した場合のＳＩＮ出力巻線８を巻回した番号１，２，３，７，８，９の各歯部２におけるコイルの発生電圧Ｖ（Ｏ−Ｐ）を測定した。
また、実施例２として、上記バリアブルリラクタンス型角度検出器１の回転子５を７Ｘから１Ｘに変更して、同様に、該回転子をその凸部が番号２の歯部２に対抗する位置として励磁コイル７に電圧１０Ｖ（Ｏ−Ｐ）を入力した場合のＳＩＮ出力巻線８を巻回した番号１，２，３，７，８，９の各歯部２におけるコイルの発生電圧Ｖ（Ｏ−Ｐ）を測定した。
さらに、比較例１として、励磁巻線７を、番号１から番号１２の各歯部２に、極性が順次異なるように巻回し、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９は、上記実施の形態と同様に巻回したバリアブルリラクタンス型角度検出器を作製し、７Ｘの回転子５を、その凸部が番号２の歯部２に対抗する位置として励磁コイル７に電圧１０Ｖ（Ｏ−Ｐ）を入力した場合のＳＩＮ出力巻線８を巻回した番号１，２，３，７，８，９の各歯部２におけるコイルの発生電圧Ｖ（Ｏ−Ｐ）を測定した。
また、比較例２として、比較例１の回転子５を７Ｘから１Ｘに変更して、同様に、該回転子をその凸部が番号２の歯部２に対抗する位置として励磁コイル７に電圧１０Ｖ（Ｏ−Ｐ）を入力した場合のＳＩＮ出力巻線８を巻回した番号１，２，３，７，８，９の各歯部２におけるコイルの発生電圧Ｖ（Ｏ−Ｐ）を測定した。
これらの結果を表１に示す。

表１に示したように、７Ｘの回転子を用いた実施例１と比較例１とを対比すれば、各歯部２におけるコイルの発生電圧Ｖ（Ｏ−Ｐ）では、比較例１の一部のコイルにおいて対応する実施例１のコイルよりも高出力が得られたものの、総出力電圧では比較例１より実施例１が高出力であった。また、１Ｘの回転子を用いた実施例２と比較例２とを対比すれば、同様に、比較例２の一部のコイルにおいて対応する実施例２のコイルよりも高出力が得られたものの、総出力電圧では比較例２より実施例２が高出力であった。なお、総出力電圧の対比において、実施例１，２では、対応する比較例１，２より負側に大きな値となっているが、総出力電圧の正負は相対的なものであるから、６つの各コイルの発生電圧の和の絶対値が大きいほど高出力である。

図１は、本発明の実施の形態に係るバリアブルリラクタンス型角度検出器１の主要構成を示す平面図である。図２は、歯部２に付した番号を示す模式図である。図３は、励磁巻線７、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９の巻線方法を説明するための模式図である。図４は、従来のバリアブルリラクタンス型角度検出器の励磁巻線及び出力巻線の巻線方法を説明するための模式図である。

符号の説明

１・・・バリアブルリラクタンス型角度検出器
２・・・歯部
４・・・固定子
５・・・回転子
７・・・励磁巻線
８・・・ＳＩＮ出力巻線（第１の出力巻線）
９・・・ＣＯＳ出力巻線（第２の出力巻線）

Claims

ギャップパーミアンスが角度θに対して正弦波状に変化する形状の回転子が、歯部に励磁巻線と出力巻線とが巻回された固定子に対して回転自在に設けられてなるバリアブルリラクタンス型角度検出器であって、
上記固定子は、第１の歯部から第１２の歯部が円周方向に順次配設され、
励磁巻線が、第１の歯部、第２の歯部、第３の歯部、第７の歯部、第８の歯部、及び第９の歯部の各歯部に同一の極性となるように集中巻きされ、且つ、第４の歯部、第５の歯部、第６の歯部、第１０の歯部、第１１の歯部、及び第１２の歯部の各歯部に上記極性と逆極性となるように集中巻きされ、
第１の出力巻線が、第１の歯部、第２の歯部、第３の歯部、第７の歯部、第８の歯部、及び第９の歯部の各歯部に順次極性が異なるように集中巻きされ、
第２の出力巻線が、第４の歯部、第５の歯部、第６の歯部、第１０の歯部、第１１の歯部、及び第１２の歯部の各歯部に順次極性が異なるように集中巻きされたものであるバリアブルリラクタンス型角度検出器。