JP4575331B2

JP4575331B2 - レゾルバ

Info

Publication number: JP4575331B2
Application number: JP2006159711A
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: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: JP2007327869A

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、前記ステータコアの周方向に沿って連続的に各前記ティース毎にそれぞれインシュレータを介して導線を巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、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、前記励磁巻線及び前記出力巻線では、それぞれ前記導線が巻回される隣接した各前記ティース同士では、互いに異なる方向に巻回されたコイル部を有しているレゾルバが知られている（例えば、特許文献１）。

特許第３５８８４５５号公報

しかしながら、このレゾルバの場合、コイル部同士を接続する各渡り線が、ステータコアの周方向に沿って片側に設けられており、そのためそれぞれのティースに導線を同一巻回数で巻回しても、時計方向に巻回されたコイル部と、反時計方向に巻回されたコイル部とでは、導線の巻き始め部と巻き終わり部とにおける形態が異なり、各ティースにおいて実質的に導線の巻回数が異なり、このことにより回転角度検出誤差が生じ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、各コイル部の導線の巻回数を実質的に一致させて回転角度検出誤差を低減したレゾルバ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、前記ステータコアの周方向に沿って連続的に各前記ティース毎にそれぞれインシュレータを介して導線を巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、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、前記励磁巻線及び前記出力巻線は、それぞれ前記導線が巻回される隣接した各前記ティース同士では、互いに異なる方向に巻回されたコイル部を有しており、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、各前記コイル部同士を接続する各渡り線は、前記ステータコアの周方向に沿って側面の両側に交互に設けられており、各前記渡り線は、前記インシュレータに形成された突起状のガイドで案内されている。

この発明に係るレゾルバによれば、各コイル部の導線の巻回数を実質的に一致させることで、回転角度検出誤差を低減させることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の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。
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は図１のレゾルバ９を示す正面図、図３は図２のレゾルバを示す裏面図、図４は上カバー３３及び下カバー３７が除かれた図２のレゾルバ９を示す正面図、図５は図４のレゾルバを示す裏面図である。

ステータコア２１は、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は、珪素鋼板を積層して構成されており、その外形は、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６は励磁巻線４０のステータコア２１における位置を示した図、図７は図６のレゾルバ９を裏側から視たときの図、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、図９は図８のレゾルバ９を裏側から視たときの図、図１０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、図１１は図１０のレゾルバ９を裏側から視たときの図、図１２は各ティース３０に導線４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが巻回されて形成された励磁巻線４０、Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４の各結線図である。
なお、各図６、図８及び図１０において示された「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４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ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。
また、図８〜図１１においては、励磁巻線４０は、省略されている。

図４で示した巻線３５は、１相の励磁巻線４０と、２相のＳｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４とで構成されており、ステータコア２１には、励磁巻線４０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、励磁巻線４０は見えない。

図１２に示すように、励磁巻線４０は、導線４１Ａの一端部を端子３８のＲ１に接続して導線４１Ａの巻き始めとし、８箇所のティース３０に巻回方向を時計方向、反時計方向に交互に変えながら連続的に巻回し、導線４１Ａの他端部を端子３８のＲ２に接続して、導線４１Ａの巻き終わりとしている。励磁巻線４０は、センサ信号線１５を通じて図示しない励磁回路に接続されている。
Ｓｃｏｓ出力巻線４３は、導線４１Ｂの一端部を端子３８のＳ１に接続して導線４１Ｂの巻き始めとし、一つおきに４箇所のティース３０に巻回方向を時計方向、反時計方向に交互に変えながら連続的に巻回し、導線４１Ｂの他端部を端子３８のＳ３に接続して、導線４１Ｂの巻き終わりとしている。
Ｓｓｉｎ出力巻線４４は、導線４１Ｃの一端部を端子３８のＳ４に接続して導線４１Ｃの巻き始めとし、一つおきに４箇所のティース３０に巻回方向を時計方向、反時計方向に交互に変えながら連続的に巻回し、導線４１Ｃの他端部を端子３８のＳ２に接続して、導線４１Ｃの巻き終わりとしている。
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。

励磁巻線４０、Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４は、図１３から分かるように、それぞれ導線４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが巻回される隣接した各ティース３０同士では、互いに異なる方向に巻回されたコイル部４０ａ，４３ａ，４４ａを有している。
また、各コイル部４０ａ，４３ａ，４４ａ同士は、渡り線４０ｂ，４３ｂ，４４ｂを介して接続されている。各渡り線４０ｂ，４３ｂ，４４ｂは、ステータコア２１の周方向に沿って側面の両側に交互に設けられている。各渡り線４０ｂ，４３ｂ，４４ｂは、インシュレータ３４に形成された突起状のガイド６０Ａ，６０Ｂで案内されている。

次に、上記構成のレゾルバ９の動作について、図１４に示した配線図及び図１５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。

励磁巻線４０には、一例として１０ｋＨｚ、５Ｖｐｐの正弦波信号が印加されている。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１５に示した２相のＳｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４の振幅と励磁電圧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。

ところで、一例として、励磁巻線４０において１ティース３０当たり導線４１Ａの巻回数を５０ターン、Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４において１ティース３０当たり導線４１Ｂ，４１Ｃの巻回数を１６０ターンとすると、Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４の導線４１Ｂ，４１Ｃの巻回数が１ターン変わっただけでも出力電圧の振幅が変化し、上式（４）で計算された回転角度によると、機械角で０．５度程度の誤差が発生してしまい、レゾルバ９が搭載されたモータ１の性能に大きな影響を与えることになる。
図１６に示した従来のものでは、各渡り線４０ｂ，４３ｂ，４４ｂが、ステータコア２１の周方向に沿って片側に設けられており、各隣接したコイル部４０ａ，４３ａ，４４ａ同士の導線４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの巻回数を実質的に一致させることができない。

これに対して、この実施の形態のレゾルバ９によれば、各コイル部４０ａ，４３ａ，４４ａ同士を接続する、各渡り線４０ｂ，４３ｂ，４４ｂは、ステータコア２１の周方向に沿って側面の両側に交互に設けられているので、隣接したコイル部４０ａ，４３ａ，４４ａ同士において互いに異なる方向に導線４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが巻回された励磁巻線４０、Ｓｃｏｓ出力巻線４３及びＳｓｉｎ出力巻線４４でも、各コイル部４０ａ，４３ａ，４４ａ同士の導線４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの巻回数を実質的に一致させることができ、回転誤差を低減させることができる。

また、各渡り線４０ｂ，４３ｂ，４４ｂは、インシュレータ３４に形成された突起状のガイド６０Ａ，６０Ｂで案内されているので、ステータコア２１の周方向に沿って側面の両側に交互に円滑に位置決めされる。

なお、上記の実施の形態では、電動パワーステアリング装置用モータ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のレゾルバを示す正面図である。図２のレゾルバを示す裏面図である。レゾルバの上カバー及び下カバーが除かれた図２のレゾルバを示す正面図である。図４のレゾルバを示す裏面図である。図１のレゾルバの励磁巻線のステータコアにおける位置を示した図である。図６のレゾルバを裏側から視たときの図である。図１のレゾルバの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８のレゾルバを裏側から視たときの図である。図１のレゾルバの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１０のレゾルバを裏側から視たときの図である。図１のレゾルバの励磁巻線、Ｓｃｏｓ出力巻線及びＳｓｉｎ出力巻線の各結線図である。図１２の励磁巻線、Ｓｃｏｓ出力巻線及びＳｓｉｎ出力巻線における各導線の巻回状態を説明する図である。図１のレゾルバの配線図である。図１のレゾルバの出力電圧振幅変化を示す特性図である。従来の励磁巻線、Ｓｃｏｓ出力巻線及びＳｓｉｎ出力巻線における各導線の巻回状態を示す図である。

符号の説明

１モータ、４シャフト、９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巻線、３６コネクタ、３８端子、４０励磁巻線、４０ａコイル部、４０ｂ渡り線、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ導線、４３Ｓｃｏｓ出力巻線、４３ａコイル部、４３ｂ渡り線、４４Ｓｓｉｎ出力巻線、４４ａコイル部、４４ｂ渡り線、６０Ａ，６０Ｂガイド。

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、
前記ステータコアの周方向に沿って連続的に各前記ティース毎にそれぞれインシュレータを介して導線を巻回して構成された、励磁巻線及び出力巻線と、
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、
前記励磁巻線及び前記出力巻線は、それぞれ前記導線が巻回される隣接した各前記ティース同士では、互いに異なる方向に巻回されたコイル部を有しており、
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、
各前記コイル部同士を接続する各渡り線は、前記ステータコアの周方向に沿って側面の両側に交互に設けられており、
各前記渡り線は、前記インシュレータに形成された突起状のガイドで案内されていることを特徴とするレゾルバ。
隣接した前記コイル部同士は、前記導線の巻回数が同じであることを特徴とする請求項１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または２に記載のレゾルバ。