JP4706298B2

JP4706298B2 - レゾルバ装置

Info

Publication number: JP4706298B2
Application number: JP2005091173A
Authority: JP
Inventors: 昌樹桑原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP2006275572A

Description

本発明は、レゾルバ装置に関し、特に、角度位置を高精度な絶対精度（全周精度）で安定して検出するためのロータ・ステータ構造の改良に関する。

レゾルバ装置は、使用温度範囲が広く、耐振性、耐久性に優れているという利点から、角度検出器として様々な機械に使用されている。

ところが、このようなレゾルバ装置は、例えば、旋回位置決め装置などに搭載されるダイレクトドライブモータの角度検出器として用いられる場合には、角度位置をより高精度な絶対精度で安定して検出するには不十分であるという問題があった。

そこで、このような問題を解決するために、ステータ・ロータ間の相対的なスラスト方向のブレに対する許容値を大きくすることを目的としたレゾルバ構造が、例えば特許文献１に開示されている。

図５および図６は、上記特許文献１に開示されているレゾルバ構造を示す要部断面図である。図５において、レゾルバ装置１００は、各磁極１０１にステータ巻線（コイル）１０２が捲回されている輪状ステータ鉄芯１０３と、該輪状ステータ鉄芯１０３の内側に回転自在に配された積層型または焼結型の輪状のロータ１０４とから構成されている。

従来の一般的なレゾルバ装置では、輪状ステータ鉄芯１０３の厚さＸ_１とロータ１０３の厚さＸ_２とが、Ｘ_１＝Ｘ_２の関係に設定されているが、図５に示されているレゾルバ装置１００では、輪状ステータ鉄芯１０３の厚さＸ_１が、ロータ１０４の厚さＸ_２より薄くなっており、輪状ステータ鉄芯１０３の厚さＸ_１とロータ１０４の厚さＸ_２とが、Ｘ_１＋２α＝Ｘ_２の関係に設定されている。

また、図６に示されているレゾルバ装置１００´では、ロータ１０４の厚さＸ_２が、輪状ステータ鉄芯１０３の厚さＸ_１より薄くなっており、輪状ステータ鉄芯１０３の厚さＸ_１とロータ１０４の厚さＸ_２とが、Ｘ_１＋２α＝Ｘ_２の関係に設定されている。

特開２００４−３７３０６号公報

しかしながら、上記レゾルバ装置１００´のように、ステータ１０３の積層厚に対してロータ１０４の積層厚が薄い場合には、ステータ１０３から発生する磁束が、ロータ１０４の歯部面以外の部位に漏れてしまうため、安定した検出信号を得ることができなかった。

また、上記レゾルバ装置１００の構造も、安定した検出信号を得るには不十分であり、特にステータ１０３の積層厚が薄い（３ｍｍ以下）場合には、ステータ１０３から発生する磁束を、ロータ１０４の歯部面に十分に到達させるのが難しかった。そのため、上記レゾルバ装置１００，１００´では、高精度な位置検出とともに、ステータ１０３およびロータ１０４の小径化・小型化を図ることは困難であった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、角度位置を高精度な絶対精度で安定して検出することができ、かつ、検出器の小型化を図ったレゾルバ装置のロータ・ステータ構造を提供することにある。

本発明の上記目的は、軸方向に積層された複数の薄板より形成された環状のロータと、軸方向に積層された複数の薄板より形成され、前記ロータに対向するように配された積層厚２．４ｍｍの環状のステータとを備えたレゾルバ装置において、前記ステータに対する前記ロータの積層厚比率が、２以上になるようにしたことにより、達成される。

また、上記目的は、前記積層厚比率が、２ないし２．３になるようにしたことにより、効果的に達成される。

本発明に係るレゾルバ装置によると、回転軸の軸方向におけるロータ積層の厚さを、回転軸の軸方向におけるステータ積層の厚さの２倍以上にしたことにより、ステータ積層に捲回されているコイルから発生する磁束が漏れることなくロータ積層の歯部面に到達するので、被検出体の角度位置を高精度な絶対精度で安定して検出することができる。これにより、ロータおよびステータの径方向の高さを従来のものより小さくしても、高精度な検出精度を維持することができるので、レゾルバ装置の小径化・小型化を図ることができる。この結果、本発明に係るレゾルバ装置は、小型機械の角度検出器としても適用可能であり、搭載性の向上を図ることができる。

さらに、ロータおよびステータのスラスト方向におけるレイアウト上の自由度を増すことができるので、設計時の公差管理の簡素化を図ることができ、かつ、組立や組付を容易に行うことができる。

また、本発明に係るレゾルバ装置によると、ロータの積層厚をステータ積層厚の２倍ないし３倍とすることにより、検出精度を低下させることなく材料コストを低減することができる。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るレゾルバ装置を備えた電動モータの要部を示す概略断面図である。同図において、モータ１０の略円筒状のハウジング１１内には、中空シャフト１２が回転自在に支持されており、該中空シャフト１２の基端側（図１左側）には、モータの回転トルクを発生する磁石１３が一体的に取り付けられている。

また、ハウジング１１の内周面には、コイル１５ａが捲回されているモータのステータ１５が配されており、中空シャフト１２と磁石１３とからなるロータ１４と、ステータ１５とにより、モータ１０が構成されている。

一方、この中空シャフト１２の先端側（図２右側）には、モータ１０のロータ１４の角度位置を検出するためのレゾルバ装置２０が備えられている。このレゾルバ装置２０は、中空シャフト１２に一体に取り付けられた環状のロータ２１と、該ロータ２１に対向するように配された環状のステータ２２とを備える。このロータ２１およびステータ２２は、中空シャフト１２の軸方向に積層された複数の薄板より構成されている。

図２は、レゾルバ装置２０の要部を示す概略断面図である。同図において、ステータ２２は、環状の基部から内径方向（図２下方向）に突出したステータポール２３を有し、該ステータポール２３にはコイル２４が捲回されている。また、ロータ２１の外周面には、ステータポール２３と対向するように円周方向に沿って複数の歯２５が形成されている。

本実施形態に係るレゾルバ装置２０では、図２に示すように、軸方向におけるロータ２１の積層厚Ｔ_１は、軸方向におけるステータ２２の積層厚Ｔ_２の２倍以上になっている（Ｔ_１≧２Ｔ_２）。

これにより、ステータ２２のコイル２３から発生する磁束が漏れることなく、ロータ２１の歯面２５ａに到達することができるので、モータ１０のロータ１４の角度位置を高精度な絶対精度で安定して検出することができる。この結果、ロータ２１およびステータ２２の径方向における高さを薄く抑えても、モータ１０のロータ１４の角度位置を高精度な検出精度を維持することができるので、レゾルバ装置２０の小径化・小型化を図ることができる。

なお、本実施形態のレゾルバ装置２０は、インナロータ式の構成であるが、アウタロータ式の構成を採用しても、同様の作用および効果を得ることができる。

以下に、上述した実施形態の効果を立証するための実施例を、図面を参照にしながら説明する。

図３は、本実施例に係るレゾルバ装置２０Ａの要部断面図である。同図において、レゾルバ装置２０Ａは、中空環状の積層鉄心からなるロータ２１Ａと、環状の積層鉄心からなるステータ２２Ａとを備えている。上述した実施形態のレゾルバ装置２０は、インナロータ式の構成であったが、本実施例のレゾルバ装置２０Ａは、アウタロータ式の構成になっている。

ロータ２１Ａの内周面には、突極状の歯２５Ａが、円周方向に沿って均等に複数形成されている。また、ステータ２２Ａの環状の基部２６Ａには、コイル２４Ａが捲回された突極状のステータポール２３Ａが、円周方向に沿って均等に複数備えられている。

本実施例では、歯２５Ａの数が８０歯、ステータポール２３Ａの数が２４ポール、外径が１００ｍｍであり、かつ、軸方向におけるステータ２２Ａの積層厚Ｔ_２（図２参照）が２．４ｍｍ（０．２ｍｍ厚の鉄板を積層したもの）であるアウタロータ式のレゾルバ装置２０Ａにおいて、軸方向におけるロータ２１の積層厚Ｔ_１を変更した際の角度検出の絶対精度［秒］を計測する実験を行った。図４は、この実験の結果として、ロータ／ステータの積層厚比率と絶対精度との特性を示めしたグラフである。

同図のグラフから明らかなように、積層厚比率（Ｔ_１／Ｔ_２）が大きくなるにつれて、高精度な絶対精度が得られている。特に、高精度な絶対精度が得られている範囲は、積層厚比率（Ｔ_１／Ｔ_２）が２．０以上からである。

したがって、本発明に係るレゾルバ装置によると、上記実験のようにステータ２２Ａの積層厚Ｔ_２が薄い場合（Ｔ_２＝２．４ｍｍ）でも、ロータ２１Ａの積層厚Ｔ_１をステータ２２Ａの積層厚Ｔ_２の２倍以上（Ｔ_１≧４．８ｍｍ）にすることで、角度位置を高精度な絶対精度で得ることができる。

また、積層厚比率（Ｔ_１／Ｔ_２）が２．０を超えたところからは、絶対精度の向上の度合いは鈍くなっており、特に積層厚比率（Ｔ_１／Ｔ_２）が２．３を超えたところからは、絶対精度が殆んど上がらなくなっている。よって、本発明に係るレゾルバ装置では、レゾルバ装置の薄型化の見地から、積層厚比率（Ｔ_１／Ｔ_２）が２ないし３であることが好ましく、特に２．０ないし２．３であることがより好ましい。これにより、高精度な絶対精度を維持しつつ、材料コストを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係るレゾルバ装置を備えた電動モータの要部を示す概略断面図である。上記レゾルバ装置の要部を示す概略断面図である。実験に用いたレゾルバ装置の要部を示す概略断面図である。ロータ／ステータの積層厚比と絶対精度との特性を示めした実験結果のグラフである。従来のレゾルバ構造の要部を示す概略断面図である。従来の他のレゾルバ構造の要部を示す概略断面図である。

符号の説明

２０，２０Ａレゾルバ装置
２１，２１Ａロータ（ロータ積層）
２２，２２Ａステータ（ステータ積層）
２４，２４Ａコイル
Ｔ_１ロータ積層の厚さ
Ｔ_２ステータ積層の厚さ

Claims

軸方向に積層された複数の薄板より形成された環状のロータと、
軸方向に積層された複数の薄板より形成され、前記ロータに対向するように配された積層厚が２．４ｍｍの環状のステータと
を備えたレゾルバ装置であって、
前記ステータに対する前記ロータの積層厚比率は、２以上であることを特徴とするレゾルバ装置。
前記積層厚比率は、２ないし２．３である請求項１記載のレゾルバ装置。