JP5570470B2 - レゾルバおよびレゾルバの巻線方法 - Google Patents

Description

この発明は、高精度な角度検出機能を備えたレゾルバとレゾルバの巻線方法に関するものである。

従来、起磁力を発生させる励磁巻線のティースの先端側における巻回数を、ティースの基端部側における巻回数よりも多くすることで、回転角度の検出精度のばらつきを低減することができるレゾルバとして、例えば特許文献１に記載するようなレゾルバが提案されている。

特開２０１０−２５９２６７号公報（第２頁〜第３頁、第９頁、 段落３〜段落７、段落２８、第２図、第３図、第２１図）

従来のレゾルバでは、励磁巻線をティースの所定の位置に巻回する際に、上層の導線が下層の導線間に割り込む力が発生するので、この力により下層の励磁巻線がそれぞれ固定子鉄心の径方向内側および外側に崩れて広がり、励磁巻線の位置にばらつきが発生し、回転角度の検出精度が低下するという問題点があった。
この問題の解決手段として、インシュレータに凹部を設けて、ティースの所定の位置における励磁巻線の巻き崩れを抑制する方法も提案されているが、これではインシュレータの製造工程が複雑になり、またインシュレータの厚みが不均一であることから強度や絶縁性に問題が生じていた。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、検出精度の良いレゾルバと、レゾルバの巻線方法の提供を目的とする。

この発明に係るレゾルバは、
回転子と、
回転子から径方向外側に離間して設けられ、先端部が回転子へ指向した複数のティースを有した固定子鉄心と、
ティースに導線を巻回して構成する励磁巻線と、
励磁巻線により発生する磁束の変化を電圧として出力する、ティースに導線を巻回して構成する出力巻線とを備え、
励磁巻線は、出力巻線の巻回時において、ティースの先端突起部の固定子鉄心の径方向外側に生じさせた未巻線部に巻回されるものである。

この発明に係る巻線方法は、
回転子と、
回転子から径方向外側に離間して設けられ、先端部が回転子へ指向した複数のティースを有した固定子鉄心と、
ティースに導線を巻回して構成する励磁巻線と、
励磁巻線により発生する磁束の変化を電圧として出力する、ティースに導線を巻回して構成する出力巻線とを備えるレゾルバの巻線方法であって、
出力巻線を、ティースの基端部からティースの先端突起部の固定子鉄心の径方向外側壁面部の手前の所定位置で折り返して繰り返し巻回し、
励磁巻線は、ティースの前記先端突起部の固定子鉄心の径方向外側壁面部と、ティースに巻回した出力巻線との間に生じさせた未巻線部に巻回するものである。

この発明に係るレゾルバの励磁巻線は、出力巻線の巻回時において、ティースの先端突起部の固定子鉄心の径方向外側に生じさせた未巻線部に巻回するものなので、ティースの所定の位置における励磁巻線の位置のばらつきが少なく、回転角度の検出精度が高いレゾルバを得る事ができる。

この発明に係るレゾルバの巻線方法は、出力巻線を、ティースの基端部からティースの先端突起部の固定子鉄心の径方向外側壁面部の手前の所定位置で折り返して繰り返し巻回し、
励磁巻線は、ティースの先端突起部の固定子鉄心の径方向外側壁面部と、ティースに巻回した出力巻線との間に生じさせた未巻線部に巻回するものなので、ティースの所定の位置において励磁巻線が巻き崩れて広がることが無く、ティースの所定の位置に励磁巻線を所望の巻回数分確実に巻回することができ、励磁巻線の位置のばらつきを低減することができる。

この発明の実施の形態１に係るレゾルバ１００の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るティース３ｂに出力巻線８を巻回する時のノズル９の移動範囲を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る出力巻線８を巻回後のレゾルバ１００の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る出力巻線８の巻回後、励磁巻線７を巻回する時のノズル９の移動範囲を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る励磁巻線７を巻回後のレゾルバ１００の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る出力巻線８を巻回後、励磁巻線７を巻回する時のノズル２０９の移動範囲を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る励磁巻線７を巻回後のレゾルバ２００の要部拡大断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るレゾルバ１００の断面図である。
レゾルバ１００は、回転子１と、この回転子１から回転子１の径方向外側に離間して設けられた固定子鉄心２とを備えている。
この回転子１および固定子鉄心２は、磁性体から構成されている。
固定子鉄心２は、環状のヨーク部３ａと、このヨーク部３ａから先端部が回転子１へ指向した複数のティース３ｂとを有している。

ヨーク部３ａおよびティース３ｂで囲まれた部分がスロット４である。
各ティース３ｂは、回転子１の周方向に等間隔に、つまり、回転子１の回転軸５を中心にして等間隔に並べられている。
また、各ティース３ｂにはインシュレータ６が取り付けられており、出力巻線８および励磁巻線７はこのインシュレータ６を介して、巻回されている。
回転子１は、突極を有しており、回転子１が回転したときに、回転子１とティース３ｂとの間におけるパーミアンスの脈動が正弦波状に変化するようになっている。

出力巻線８は、第１の出力巻線８ａおよび第２の出力巻線８ｂを有している。
励磁巻線７に交流電圧を印加することで、励磁巻線７に電流が流れて起磁力が発生する。
この起磁力によって回転子１と固定子鉄心２とを通過する磁束が発生し、この磁束が出力巻線８と鎖交することで、出力巻線８に電圧が発生する。
回転子１の回転角度によって、回転子１とティース３ｂとの間におけるパーミアンスが正弦波状に変化するようになっているので、第１の出力巻線８ａおよび第２の出力巻線８ｂから出力される電圧を測定することで、回転子１の回転角度を検出することができる。

図２は、ティース３ｂに出力巻線８を巻回する時のノズル９の移動範囲を示す図である。
図３は、出力巻線８を巻回後のレゾルバ１００の断面図である。
出力巻線８は、ノズル９がその先端部から導線を送出しながらスロット４内でティース３ｂの外周面を周回し、且つティース３ｂの基端部（以降、位置Ｐ１という）から、ティース３ｂの先端突起部３ｃの固定子鉄心２の径方向外側壁面部より手前の所定の位置Ｐ２（以降、位置Ｐ２という）との間を繰り返し往復することにより巻回される。

以下、出力巻線８の巻回時におけるノズル９の動作を詳しく説明する。
ノズル９は、ティース３ｂの位置Ｐ１から導線の巻回を開始し、巻回しながら位置Ｐ２にかけて移動する。そして、位置Ｐ２に到達すると、そこで折り返して復路の巻回をおこなう。こうして、ノズル９はティース３ｂの位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復動作を繰り返すことにより出力巻線８を巻回する。
このように、ノズル９を意図的に位置Ｐ２で折り返して巻回をおこなうことで、ティース３ｂの先端突起部３ｃの固定子鉄心２の径方向外側部に出力巻線８が巻回されない未巻線部１０を形成することができる。
図３で示すように、この未巻線部１０はインシュレータ６の固定子鉄心２の径方向内側端部の鍔状の壁面（以降、壁Ｗという）と、巻回された出力巻線８に挟まれている。

一般に、導線をティースの外周に巻回する際は、導線が弛む事のないように、導線に所定の張力をかけながら巻回する。この張力の影響により、上層の導線の巻回時には、上層の導線が下層の導線間に割り込む力が発生する。この割り込む力が発生することで、ティース３ｂに出力巻線８を巻回する際には、巻回が進むに伴って下層の出力巻線８がそれぞれ固定子鉄心２の径方向内側および外側に崩れて広がる。この結果、巻回後の出力巻線８は図３に示すようにティース３ｂの中央部付近で太巻きの形状となる。

図４は、出力巻線８の巻回後に、励磁巻線７を巻回する時のノズル９の移動範囲を示す図である。
図５は、励磁巻線７を巻回後のレゾルバ１００の断面図である
励磁巻線７は、ノズル９がその先端部から導線を送出しながらスロット４内でティース３ｂの外周面を周回し、且つ壁Ｗを起点にして固定子鉄心２の径方向外側方向に往復することにより巻回される。
以下、励磁巻線７の巻回時におけるノズル９の動作を詳しく説明する。

ノズル９は、壁Ｗの位置から巻回を開始し、巻回しながら固定子鉄心２の径方向外側にかけて移動する。そして、先に巻回された出力巻線８に到達すると、その位置で折り返して復路の巻回をおこなう。（折り返し位置の判断方法は後述）
こうして、ノズル９は壁Ｗと巻回された出力巻線８との間で往復動作を繰り返すことにより励磁巻線７を未巻線部１０に巻回する。

この励磁巻線７の巻回時において、出力巻線８と壁Ｗとで挟まれる未巻線部１０を無駄無く励磁巻線７で埋める為には、先に巻回されて巻き崩れした出力巻線８の斜面形状に沿うようにノズル９の移動量を調節して巻回をおこなうことが必要となる。
この移動量の設定に際しては、一旦手動でノズル９を動作させて励磁巻線７を出力巻線８の形状に沿わせながら未巻線部１０に巻回し、その際のノズル９の移動量をノズル９の制御データとして取得する。その後はこの取得したデータに基づいて自動でノズル９を制御して、量産すればよい。
上述したように、巻回後の出力巻線８の形状は、ティース３ｂの中央付近で太巻きとなっているので、ノズル９の壁Ｗを起点とした移動量は、ノズル９の往復回数が増えるに伴い徐々に大きくなる。

このように、巻回時におけるノズル９の移動量がノズル９の往復動作毎に調節されるので、巻き崩れした出力巻線８の斜面形状に沿うように励磁巻線７の巻回ができ、図５に示すように、未巻線部１０内のスペースを無駄無く励磁巻線７で埋めることが可能となる。
また、励磁巻線７の位置のばらつきを低減する為に、インシュレータの巻線領域に凹部を設ける必要が無いので、インシュレータの製造工程が複雑にならず、またインシュレータの厚みも不均一でないので強度や絶縁性に問題が生じることも無い。

なお、回転子１の突極の数や形状、固定子鉄心２の形状およびティース３ｂの数や形状は、図１に示す構造に限ったものではない。

本実施の形態に係るレゾルバ１００によると、ティース３ｂの所定の位置における励磁巻線の位置のばらつきが少ないので、回転角度の検出精度が高いレゾルバ１００を提供する事ができる。

また、本実施の形態に係るレゾルバ１００の巻線方法によると、壁Ｗと出力巻線８との間に予め形成された未巻線部１０に励磁巻線７を巻回するので、ティース３ｂの先端突起部３ｃの固定子鉄心２の径方向外側部からティース３ｂの基端部にかけて励磁巻線７が巻き崩れて広がることが無く、ティース３ｂの所定の位置に励磁巻線７を所望の巻回数分確実に巻回することができ、励磁巻線７の位置のばらつきを低減することができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る出力巻線８を巻回後、励磁巻線７を巻回する時のノズル２０９の移動範囲を示す図である。
図７は、この発明の実施の形態２に係る励磁巻線７を巻回後のレゾルバ２００の要部拡大断面図である。

インシュレータ２０６は、インシュレータ２０６の固定子鉄心２の径方向内側端部の壁面（以降、壁Ｗ２という）を、ティース３ｂの先端突起部３ｃの裏面に沿って延在する形状で形成される。

以下、出力巻線８を巻回後、励磁巻線７の巻回時におけるノズル２０９の動作を実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
ノズル２０９は、壁Ｗ２の立ち上がり位置である位置Ｐ３から巻回を開始し、巻回しながら固定子鉄心２の径方向外側にかけて移動する。そして、実施の形態１と同様に先に巻回された出力巻線８に到達すると、その位置で折り返して復路の巻回をおこない、出力巻線８と壁Ｗ２との間で往復動作を繰り返す事により励磁巻線７を未巻線部２１０に巻回する。

この励磁巻線７の巻回時において、出力巻線８と壁Ｗ２とで挟まれる未巻線部２１０を励磁巻線７で埋める為には、ノズル２０９の移動量を、壁Ｗ２の傾きに沿うように調節し、且つ実施の形態１と同様に出力巻線８の斜面形状に沿うように調節することが必要となる。

この移動量の設定に際しては、実施の形態１と同様であり、一旦手動でノズル２０９を動作させて励磁巻線７を未巻線部２１０に巻回し、その際のノズルの移動量をノズル２０９の制御データとして取得する。その後にこの取得したデータに基づいて自動でノズル２０９を制御して、量産すればよい。

上述の通り、壁Ｗ２はティース３ｂの先端突起部３ｃの裏面に沿って延在する形状となっており、また巻回後の出力巻線８の形状は、実施の形態１と同様にティース３ｂの中央付近で太巻きとなっているので、ノズル２０９の移動量は、ノズル２０９の往復回数が増えるに伴い、位置Ｐ３を起点として、固定子鉄心２の径方向内側及び外側にそれぞれ徐々に大きくなる。

このように、巻回時におけるノズル２０９の移動量がノズル２０９の往復動作毎に調節されるので、励磁巻線７を、壁Ｗ２の傾きと、巻き崩れした出力巻線８の斜面形状の両方に沿わせながら巻回できるので、図７に示すように未巻線部２１０内のスペースを励磁巻線７で無駄無く埋めることが可能となる。

また、絶縁用のインシュレータ２０６に代えてティース３ｂ自体を絶縁用電着塗装をすることも可能である。
この場合に電着塗装面はティース３ｂの壁面に沿って形成されるので、ティース３ｂの先端突起部３ｃの裏面においての絶縁用電着塗装の形状はインシュレータ２０６の形状とほぼ同一となり、インシュレータ２０６に代えて、ティース３ｂ自体を絶縁用電着塗装をする場合でも、励磁巻線の巻線に関するノズル２０９の動作調節は同じでよい。

このように、インシュレータ２０６の壁Ｗ２は、ティース３ｂの先端突起部３ｃの裏面に沿って延在した形状で形成されており、またこのインシュレータ２０６に代えてティース３ｂ自体を絶縁用電着塗装する場合でも、塗装面はティース３ｂの壁面に沿って形成されるので、絶縁部材がインシュレータ２０６で構成される場合と電着塗装で構成される場合の両場合において、ティース３ｂの先端突起部３ｃの固定子鉄心２の径方向外側壁面部における励磁巻線７の巻回領域を、実施の形態１と比べてより大きく取ることができる。
こうして、ティース３ｂの所定の位置における励磁巻線７の巻回数がより多く、且つ励磁巻線７の位置のばらつきが少ないという特徴を備えた、回転角度の検出精度が高いレゾルバ２００を提供する事ができる。

１ 回転子、２ 固定子鉄心、３ａ ヨーク部、３ｂ ティース、３ｃ 先端突起部、４ スロット、５ 回転軸、６，２０６ インシュレータ、７ 励磁巻線、
８ 出力巻線、８ａ 第一の出力巻線、８ｂ 第二の出力巻線、
９，２０９ ノズル、１０，２１０ 未巻線部、１００，２００ レゾルバ。

Claims (7)

1. 回転子と、
   前記回転子から径方向外側に離間して設けられ、先端部が前記回転子へ指向した複数のティースを有した固定子鉄心と、
   前記ティースに導線を巻回して構成する励磁巻線と、
   前記励磁巻線により発生する磁束の変化を電圧として出力する、前記ティースに導線を巻回して構成する出力巻線とを備え、
   前記励磁巻線は、前記ティースの先端突起部の前記固定子鉄心の径方向外側に生じさせた前記出力巻線の未巻線部に巻回されるレゾルバ。
2. 前記ティースには絶縁用のインシュレータを備え、前記出力巻線と前記励磁巻線は前記インシュレータを介して前記ティースに巻回されている請求項１に記載のレゾルバ。
3. 前記インシュレータの前記固定子鉄心の径方向内側端部は鍔状の壁面であり、
   前記未巻線部は前記壁面と前記出力巻線の間に設けられている請求項２に記載のレゾルバ。
4. 前記インシュレータの鍔状の前記壁面は、前記ティースの前記先端突起部の裏面に沿って延在する請求項３に記載のレゾルバ。
5. 前記ティースは、絶縁用電着塗装がされている請求項１に記載のレゾルバ。
6. 回転子と、
   前記回転子から径方向外側に離間して設けられ、先端部が前記回転子へ指向した複数のティースを有した固定子鉄心と、
   前記ティースに導線を巻回して構成する励磁巻線と、
   前記励磁巻線により発生する磁束の変化を電圧として出力する、前記ティースに導線を巻回して構成する出力巻線とを備えるレゾルバの巻線方法であって、
   前記出力巻線を、前記ティースの基端部から前記ティースの先端突起部の前記固定子鉄心の径方向外側壁面部の手前の所定位置で折り返して繰り返し巻回し、
   前記励磁巻線は、前記ティースの前記先端突起部の前記固定子鉄心の径方向外側壁面部と、前記ティースに巻回した前記出力巻線との間に生じさせた未巻線部に巻回するレゾルバの巻線方法。
7. 前記ティースには絶縁用のインシュレータを備え、前記出力巻線と前記励磁巻線は前記インシュレータを介して前記ティースに巻回され、
   前記未巻線部は、前記インシュレータの前記固定子鉄心の径方向内側の端部に設けた鍔部と前記出力巻線との間に生じさせた請求項６に記載のレゾルバの巻線方法。

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