JP5651060B2 - バリアブルリラクタンス型レゾルバ - Google Patents

Description

この発明はティースを有するステータとロータとの間のギャップパーミアンスの変化を利用して回転角度の検出を行うバリアブルリラクタンス型レゾルバに関する。

図８はこの種のレゾルバの従来例として、１相励磁・２相出力のレゾルバの構成概要を示したものである（例えば、特許文献１，２参照）。円環状をなすステータ１０の内周にはティース１１が周方向に配列されて形成されており、このステータ１０内にロータ２０が位置されている。ロータ２０の形状はステータ１０のティース１１とロータ２０との間のギャップパーミアンスがロータ２０の回転に伴い、正弦波状に変化するように構成されている。図８中、３０はロータ２０が取り付けられているシャフトを示す。

レゾルバはこの例では軸倍角１とされ、ステータ１０には９０°間隔で４個（軸倍角の４倍）のティース１１が配置されている。図９に示した表は４個のティース１１にＴ１〜Ｔ４の番号を図８に示したように付与して、これらＴ１〜Ｔ４のティースに対する１相の励磁巻線及び２相の検出巻線の巻き方向の一例をＣＷ（時計回り），ＣＣＷ（逆時計回り）で示したものであり、表では２相の検出巻線のうち、一方の検出巻線をＡ相巻線とし、他方の検出巻線をＢ相巻線として表記している。

図９の表に示したように、１相の励磁巻線は隣り合うティースで巻き方向が逆になるように全てのティースＴ１〜Ｔ４に巻回される。Ａ相巻線は電気角で１８０°離れた２個のティースＴ１，Ｔ３に巻き方向が逆になるように巻回され、Ｂ相巻線も同様に電気角で１８０°離れた２個のティースＴ２，Ｔ４に巻き方向が逆になるように巻回される。一つのティースにはＡ相，Ｂ相の一方の相の検出巻線のみが巻回され、検出巻線の巻数は全てのティースにおいて等しくされている。なお、図８中、４１はＡ相巻線を示し、４２はＢ相巻線を示す。励磁巻線の図示は省略している。また、Ｓ１，Ｓ２はＡ相巻線４１及びＢ相巻線４２によって得られる検出出力（出力電圧）を示す。

特開２００８−１６４４３５号公報 特開２００２−１６８６５２号公報

上述したレゾルバのように、ステータに配置されるティース数が軸倍角の４倍とされた１相励磁・２相出力のレゾルバにおいては、歪のない良好な励磁磁束分布を得るべく、励磁巻線は一般に隣り合うティースで巻き方向が逆になるように、ＣＷ，ＣＣＷ交互に全てのティースに巻回されている。そして、このような励磁巻線の巻き方向の制限から、検出巻線（Ａ相巻線，Ｂ相巻線）は電気角で１８０°離れた２個のティースで巻き方向がＣＷ，ＣＣＷと逆になるように巻回されている。

しかるに、このような検出巻線の空間的配置と巻き方向では、例えばモータや他の要因により、外部磁束がシャフト３０から流れてきて、図８中に矢印で示したように磁束φがロータ２０を介してティース１１に流れる場合、外部磁束の影響を強く受けてしまうといった問題があった。

即ち、ティース１１とのギャップパーミアンスがロータ２０の回転に伴い変化するので、ロータ２０が回転することによりシャフト３０からティース１１へ流れる外部磁束は変化し、これにより検出巻線に外部磁束に起因する電圧が発生する。

図１０はロータ２０の回転に伴うＡ相巻線のティースＴ１及びＴ３における磁束の変化と、それらが加算された結果を示したものであり、図１０より磁束のＤＣ成分はキャンセルされるものの、ＡＣ成分は加算により振幅が２倍になることがわかる。

同様に、図１１はロータ２０の回転に伴うＢ相巻線のティースＴ２及びＴ４における磁束の変化と、それらが加算された結果を示したものであり、Ａ相巻線と同様、磁束のＤＣ成分はキャンセルされるものの、ＡＣ成分は加算により振幅が２倍になっている。

このように、従来の検出巻線の空間的配置と巻き方向では、ロータ２０が回転することにより変調された磁束の影響を全て加算してしまう構成となっているため、外部磁束の影響を強く受け、レゾルバの角度精度が低下するといった問題があった。また、特に高速回転において検出出力（出力電圧）に対する影響が顕著となり、これにより例えばレゾルバの検出出力が後段の処理回路（変換回路）の入力範囲を超えてしまうといったことが生じていた。

一方、このような外部磁束の影響を排除するためには、電気角で１８０°離れたティースの検出巻線の巻き方向を同じにすればよいが、この場合、レゾルバとして成立するためには励磁巻線の巻き方向をこれら２つのティースで逆（ＣＷとＣＣＷ）にする必要がある。

しかしながら、ティース数が軸倍角の４倍のレゾルバで、このような励磁巻線の巻き方向を採用すると、励磁巻線はＣＷとＣＷ、またはＣＣＷとＣＣＷというように同じ巻き方向が隣り合う箇所ができてしまい、この結果、励磁磁束分布が歪んで大きな誤差が発生する要因となってしまう。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、外部磁束の影響を排除することができるようにし、かつ励磁巻線の巻き方向を隣り合うティースで逆にすることができるようにしたバリアブルリラクタンス型レゾルバを提供することにある。

請求項１の発明によれば、複数のティースを有し、１相の励磁巻線と２相の検出巻線が設けられたステータと、回転に伴い、ティースとのギャップパーミアンスが正弦波状に変化するように形状が選定されたロータとを備えるバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、ティースの数が軸倍角当たり６個とされ、６個のティースのうち、電気角で１８０°離れた２個のティースに、２相の検出巻線のうち、一方の検出巻線が同じ巻き方向で巻回され、残る４個のティースに他方の検出巻線が巻回され、他方の検出巻線の巻き方向は電気角で１８０°離れたティースで同じとされ、隣り合うティースで逆とされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、励磁巻線は隣り合うティースで巻き方向が逆になるように６個のティースに巻回される。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、一方の検出巻線と他方の検出巻線の１ティース当たりの巻数の比が１：１／√３とされる。

請求項４の発明では請求項１又は２の発明において、一方の検出巻線と他方の検出巻線の１ティース当たりの巻数が等しくされ、変換回路に入力される一方の検出巻線の出力電圧と他方の検出巻線の出力電圧の入力ゲインの比が１：１／√３とされる。

この発明によれば、外部磁束の影響を排除することができ、よって外部磁束の影響により角度精度が低下するといった問題やレゾルバの検出出力が処理回路の入力範囲を超えてしまうといった問題を解消することができる。

また、ティース数を軸倍角の６倍としたことで、励磁巻線の巻き方向を隣り合うティースで逆にすることができ、これにより歪のない励磁磁束分布を得ることができる。

この発明によるレゾルバの一実施例の構成概要を示す図。 図１に示したレゾルバの励磁巻線及び検出巻線（Ａ相，Ｂ相）の巻き方向の一例を示す表。 図１に示したレゾルバにおける外部磁束の影響を説明するためのグラフ（その１）。 図１に示したレゾルバにおける外部磁束の影響を説明するためのグラフ（その２）。 図１に示したレゾルバの、レゾルバとしての機能を説明するためのグラフ（その１）。 図１に示したレゾルバの、レゾルバとしての機能を説明するためのグラフ（その２）。 レゾルバの検出出力が入力される回路を示すブロック図。 従来の１相励磁・２相出力のレゾルバの構成概要を示す図。 図８に示したレゾルバの励磁巻線及び検出巻線（Ａ相，Ｂ相）の巻き方向の一例を示す表。 図８に示したレゾルバにおける外部磁束の影響を説明するためのグラフ（その１）。 図８に示したレゾルバにおける外部磁束の影響を説明するためのグラフ（その２）。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１はこの発明による１相励磁・２相出力のバリアブルリラクタンス型レゾルバの一実施例として、軸倍角１のレゾルバの構成概要を示したものである。

この例では円環状をなすステータ５０の内周には６０°間隔で６個のティース５１が配列形成されており、即ちティース数は軸倍角の６倍とされている。ステータ５０内には図８に示した従来例と同様、シャフト３０に取り付けられたロータ２０が位置されている。ロータ２０の形状は図８におけるロータ２０の形状と同じとされている。検出巻線はＡ相巻線とＢ相巻線とよりなる。図１中、６１はＡ相巻線を示し、６２はＢ相巻線を示す。なお、励磁巻線の図示は省略している。

図２に示した表は６個のティース５１にＴ１〜Ｔ６の番号を図１に示したように付与して、これらＴ１〜Ｔ６のティースに対する励磁巻線及び検出巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線）の巻き方向の一例を、前述の図９に示した表と同様に示したものである。

図２の表に示したように、１相の励磁巻線は隣り合うティースで巻き方向が逆となるように、ＣＷ，ＣＣＷ交互に全てのティースＴ１〜Ｔ６に巻回されている。Ａ相巻線は電気角で１８０°離れた２個のティースＴ１，Ｔ４に同じ巻き方向で巻回され、Ｂ相巻線は残る４個のティースＴ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６に巻回されている。Ｂ相巻線の巻き方向は電気角で１８０°離れたティースで同じとされ、隣り合うティースで逆とされている。これにより、この例ではティースＴ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６にはＣＣＷ，ＣＷ交互に巻回されており、ティースＴ１，Ｔ４の巻き方向は共にＣＷとされている。

このように、この例ではティース数を軸倍角当たり６個とすることで、励磁巻線は隣り合うティースで巻き方向が逆になるように全てのティースに巻回することができ、かつ検出巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線）は電気角で１８０°離れたティースでの巻き方向を同じにすることができるものとなっている。これにより、励磁磁束分布の歪が発生せず、外部磁束の影響を排除できるものとなっている。

図３及び図４はこのような検出巻線の空間的配置と巻き方向に対して、外部磁束が例えばシャフト３０から流れてきてロータ２０を介してティース５１に流れる場合の磁束の影響を、前述した図１０及び図１１と同様、示したものであり、図３はＡ相巻線のティースＴ１，Ｔ４における磁束の変化と、それらが加算された結果を示し、図４はＢ相巻線のティースＴ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６における磁束の変化と、それらが加算された結果を示す。

図３及び図４よりＡ相巻線及びＢ相巻線いずれにおいても、位相が１８０°ずれた磁束を単純に足し合わせることになり、磁束のＡＣ成分はキャンセルされることがわかる。一方、磁束のＤＣ成分は加算されて残るものの、検出巻線は磁束の変化率を電圧として出力するのでＤＣ成分は電圧として出力されず、よって外部磁束の影響を完全に排除することができる。

一方、図５及び図６はレゾルバとしての機能を説明すべく、Ａ相巻線及びＢ相巻線の出力電圧を各ティースに分けて示したものである。

ここで、ロータ２０が電気角θ回転した場合のティースＴ１の出力電圧Ｖ_１を、
Ｖ_１＝−ｃｏｓθ
とすると、Ａ相巻線のもう一方のティースＴ４の出力電圧Ｖ_４も、
Ｖ_４＝−ｃｏｓθ
で表され、よってＡ相巻線の出力電圧は、
Ｖ_１＋Ｖ_４＝−２ｃｏｓθ …（１）
となる。

一方、Ｂ相巻線のティースＴ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６の出力電圧Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_５，Ｖ_６は、
Ｖ_２＝−Ｋｓｉｎ（θ−π／６）
Ｖ_３＝−Ｋｓｉｎ（θ＋π／６）
Ｖ_５＝−Ｋｓｉｎ（θ−π／６）
Ｖ_６＝−Ｋｓｉｎ（θ＋π／６）
と表される。但し、ＫはＡ相巻線に対するＢ相巻線の巻数比とする。

Ｂ相巻線の出力電圧は、
Ｖ_２＋Ｖ_３＋Ｖ_５＋Ｖ_６＝−２Ｋ｛ｓｉｎ（θ−π／６）＋ｓｉｎ（θ＋π／６）｝
＝−（２√３）Ｋｓｉｎθ …（２）
となる。

ここで、Ａ相巻線とＢ相巻線の出力電圧の振幅を同じにするためには、式（１），（２）より、
Ｋ＝１／√３
とすればよく、即ちＡ相巻線とＢ相巻線の１ティース当たりの巻数の比を１：１／√３とすることで、Ａ相巻線によって得られる出力電圧Ｓ１（＝Ｖ_１＋Ｖ_４）とＢ相巻線によって得られる出力電圧Ｓ２（＝Ｖ_２＋Ｖ_３＋Ｖ_５＋Ｖ_６）の振幅を一致させることができる。

一方、このようにＡ相巻線とＢ相巻線の１ティース当たりの巻数を変えるのではなく、同じ巻数とし、後段の変換回路の入力ゲインを変えるようにしてもよい。

図７はこの場合の構成を示したものである。Ａ相巻線の出力電圧Ｓ１はアンプ７１を介して変換回路８０に入力され、Ｂ相巻線の出力電圧Ｓ２はアンプ７２を介して変換回路８０に入力される。従って、アンプ７１とアンプ７２のゲインの比を１：１／√３とする。これにより、変換回路８０に入力されるＡ相巻線とＢ相巻線の出力電圧の振幅を同じにすることができる。

以上、軸倍角１の場合を例に、この発明の実施例を説明したが、軸倍角は２以上であってもよく、軸倍角が２以上の場合でも例えば図２の表に示した励磁巻線及び検出巻線の巻き方向を繰り返すことで外部磁束の影響を受けないレゾルバを得ることができる。

１０ ステータ １１ ティース
２０ ロータ ３０ シャフト
４１ Ａ相巻線(検出巻線) ４２ Ｂ相巻線(検出巻線)
５０ ステータ ５１ ティース
６１ Ａ相巻線(検出巻線) ６２ Ｂ相巻線(検出巻線)
７１，７２ アンプ ８０ 変換回路

Claims (4)

1. 複数のティースを有し、１相の励磁巻線と２相の検出巻線が設けられたステータと、回転に伴い、前記ティースとのギャップパーミアンスが正弦波状に変化するように形状が選定されたロータとを備えるバリアブルリラクタンス型レゾルバであって、
   前記ティースの数は軸倍角当たり６個とされ、
   前記６個のティースのうち、電気角で１８０°離れた２個のティースに、前記２相の検出巻線のうち、一方の検出巻線が同じ巻き方向で巻回され、残る４個のティースに他方の検出巻線が巻回され、
   前記他方の検出巻線の巻き方向は電気角で１８０°離れたティースで同じとされ、隣り合うティースで逆とされていることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
2. 請求項１記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、
   前記励磁巻線は隣り合うティースで巻き方向が逆になるように前記６個のティースに巻回されていることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
3. 請求項１又は２記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、
   前記一方の検出巻線と前記他方の検出巻線の１ティース当たりの巻数の比が１：１／√３とされていることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバ。
4. 請求項１又は２記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバにおいて、
   前記一方の検出巻線と前記他方の検出巻線の１ティース当たりの巻数が等しくされ、
   変換回路に入力される前記一方の検出巻線の出力電圧と前記他方の検出巻線の出力電圧の入力ゲインの比が１：１／√３とされていることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバ。

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