JP4790478B2 - バリアブルリラクタンス型角度検出器 - Google Patents

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５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。

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で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１Ｘまたは３Ｘ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、主として、第２の歯部、第４の歯部、及び第１２の歯部の各歯部において同一の極性であって、第６の歯部、第８の歯部、及び第１０の歯部の各歯部において異なる極性となるように順次集中巻きされ、第２の出力巻線が、主として、第３の歯部、第５の歯部、及び第７の歯部の各歯部において同一の極性であって、第９の歯部、第１１の歯部、及び第１の歯部の各歯部に異なる極性となるように順次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。なお、本実施形態に係るバリアブルリラクタンス型角度検出器１は本発明の一実施態様に過ぎず、本発明がこれに限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様が変更されてもよいことは言うまでもない。

図１は、本発明の実施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。また、固定子５の中心にはロータ軸が貫入される。本実施形態において、回転子５は、外形の３箇所に凸部及び凹部がそれぞれ形成された所謂軸倍角３Ｘのものであるが、本発明において回転子の軸倍角は、１Ｘであってもよい。

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。また、励磁巻線７は、番号１〜１２の各歯部２に対して直列に巻回される。

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、各々１個の歯部２を空けて間欠的に、つまり、番号２，４，６，８，１０，１２の各歯部２において、番号２，４，１２の各歯部２が同一の極性となり、番号６，８，１０の各歯部２が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２，４，１２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６，８，１０の各歯部２においてはＳＩＮ出力巻線８を逆巻きに巻回する。また、ＳＩＮ出力巻線８は、番号２，４，６，８，１０，１２の各歯部２に対して直列に巻回される。

これにより、番号２，４，１２の各歯部２に巻回されたＳＩＮ出力巻線８と、番号６，８，１０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２，４，１２の各歯部２において同じ極性であり、番号６，８，１０の各歯部２において同じ極性であって、番号２，４，１２の各歯部２に対して、番号６，８，１０の各歯部２が異なる極性となる。

ＣＯＳ出力巻線９は、図３に示すように、各々１個の歯部２を空けて間欠的に、つまり、番号３，５，７，９，１１，１の各歯部２において、番号３，５，７の各歯部２が同一の極性となり、番号９，１１，１の各歯部２が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３，５，７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９，１１，１の各歯部２においてはＣＯＳ出力巻線９を逆巻きに巻回する。また、ＣＯＳ出力巻線９は、番号３，５，７，９，１１，１の各歯部２に対して直列に巻回される。

これにより、番号３，５，７の各歯部２に巻回されたＣＯＳ出力巻線９と、番号９，１１，１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３，５，７の各歯部２において同じ極性であり、番号９，１１，１の各歯部２において同じ極性であって、番号３，５，７の各歯部２に対して、番号９，１１，１の各歯部２が異なる極性となる。

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。また、ＳＩＮ出力巻線８又はＣＯＳ出力巻線９がそれぞれ巻回される各歯部２において、巻回する順列はとくに限定されない。したがって、例えばＣＯＳ出力巻線９が、番号１，３，５，７，９，１１の順序で直列に巻回されてもよい。

このように、本実施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。

なお、本発明は、ＳＩＮ出力巻線８が、主として、番号２，４，６，８，１０，１２の各歯部２に巻回され、ＣＯＳ出力巻線９が、主として、番号３，５，７，９，１１，１の各歯部２に巻回されるものであり、ＳＩＮ出力巻線８及びＣＯＳ出力巻線９が、前述された番号の歯部２以外の他の歯部２にはまったく巻回されないものに限定されない。したがって、例えば、ＳＩＮ出力巻線８を、番号２，４，６，８，１０，１２の各歯部２に加えて、これら以外の歯部２に若干のターン数巻回することや、ＣＯＳ出力巻線９を同様に巻回することも考えられる。ただし、そのような場合には、３層コイルの歯部２が生ずることや、出力効率の若干の低下などの不利益を伴うことになる。また、ＳＩＮ出力巻線８又はＣＯＳ出力巻線９を前述された番号の歯部２以外に他の歯部２に巻回する場合には、他の歯部２におけるターン数は、ＳＩＮ出力巻線８又はＣＯＳ出力巻線９が主として巻回される歯部２のターン数に対して、１，２割程度までと考えられる。それ以上のターン数でＳＩＮ出力巻線８又はＣＯＳ出力巻線９を他の歯部２に巻回した場合には、出力の向上があまりみられなくなる傾向にある。

また、本実施形態では、回転子５が３Ｘのバリアブルリラクタンス型角度検出器１が示されているが、本発明は、回転子が１Ｘのバリアブルリラクタンス型角度検出器にも適用され得る。図４は、回転子が１Ｘのバリアブルリラクタンス型角度検出器１１の主要な構成を示すものである。このバリアブルリラクタンス型角度検出器１１は、上記バリアブルリラクタンス型角度検出器１と回転子５の構造が異なるものであり、その他の構成は前述と同様であり、前述と同一の符号を同一の部材を示している。

回転子１２は、図４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１２の回転方向の角度θに対して正弦波状に変化する形状であって、外形の１箇所に凸部及び凹部がそれぞれ形成された所謂軸倍角１Ｘのものである。このような回転子１２は、上記回転子５と同様に、例えば、所定厚みの鋼板を図４に示す回転子１２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。また、回転子１２の中心にはロータ軸が貫入される。

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は前述と同様であるので省略するが、このような１Ｘの回転子１２を有するバリアブルリラクタンス型角度検出器１１においても、上記バリアブルリラクタンス型角度検出器１と同様の効果が得られる。

以下、本発明の実施例について説明する。
実施例として、上記実施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、３Ｘの回転子５のいずれか一つの凸部が番号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２，４，６，８，１０，１２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、３Ｘの回転子５のいずれか一つの凸部が番号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２，４，６，８，１０，１２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、３Ｘの回転子を用いた実施例と比較例とを対比すれば、各歯部２におけるコイルの発生電圧Ｖ（Ｏ−Ｐ）では、比較例の一部のコイルにおいて対応する実施例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より実施例が高出力であった。なお、総出力電圧の対比において、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１２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、本発明の変形例に係るバリアブルリラクタンス型角度検出器１１の主要構成を示す平面図である。 図５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

１，１１・・・バリアブルリラクタンス型角度検出器
２・・・歯部
４・・・固定子
５，１２・・・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 (1)

1. 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１Ｘまたは３Ｘ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、主として、第２の歯部、第４の歯部、及び第１２の歯部の各歯部において同一の極性であって、第６の歯部、第８の歯部、及び第１０の歯部の各歯部において異なる極性となるように順次集中巻きされ、
   第２の出力巻線が、主として、第３の歯部、第５の歯部、及び第７の歯部の各歯部において同一の極性であって、第９の歯部、第１１の歯部、及び第１の歯部の各歯部に異なる極性となるように順次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。

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