JP6242116B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
図1に回転角度検出装置10の構成を示す。回転角度検出装置10はR/Dコンバータ(レゾルバデジタルコンバータ)5とレゾルバ6などから構成されている。レゾルバ6はコ
イル1と回転子2と固定子3を備えている。レゾルバ6の回転子2はシャフト7を介してモータや発電機等の回転電機11と接続されている。固定子3のティース(またはスロット)には、1相の励磁巻線と2相の出力巻線からなるコイル1が装着されている。レゾルバ6の出力と入力はR/Dコンバータ5と配線されている。R/Dコンバータ5はレゾルバ6の励磁巻線に交流の電圧を与え、2相の出力巻線の電圧から回転角度を計算して出力する。
突極の数Nsa(軸倍角とも呼ぶ)を7としている。突極の数は軸倍角とも呼ばれている。固定子3のティース(T1〜T12)にはコイルが巻回されている。出力巻線(1a,1b)は2相、励磁巻線1cは1相である。ティースの奥側から出力巻線(1a,1b)、励磁巻線1cの順で配置されている。レゾルバには励磁巻線1cを巻き回さないティース(T3,T6,T9,T12)を設けている。2相の出力巻線のみの場合は、コイル間に距離があっても、隣接していてもよい。各相の巻線の位置が近い場合は、絶縁紙等で絶縁する。出力巻線1aは順に直列に接続される。出力巻線1bは順に直列に接続される。励磁巻線1cは順に直列に接続される。
を+X回とすると巻き方向(−)の巻数は、−X回となる。励磁巻線を巻き回さないティースを設けることにより、出力巻線の巻き乱れを低減し、角度検出の精度に生じる個体ばらつきが低減する。実施の形態1によれば、励磁巻線は(+,−,0)の3ティース単位で固定子の周りをNe回繰り返し巻いている。この励磁巻線の極対数Neは4(=Ns/3)
である。
(1)|Ne−Nsa|>Nsの場合:
|Ne−Nsa|をNsで割った余りを改めて|Ne−Nsa|とおき、以下のどちらかを満たす。
(2)|Ne−Nsa|>Ns/2の場合:
T=Ns−|Ne−Nsa|
(3)|Ne−Nsa|<Ns/2の場合:
T=|Ne−Nsa|
なお、(1)〜(3)の全ての|Ne−Nsa|を同時に|Ne+Nsa|としても同様に成り立つ。
これまで、12スロットの例で実施の形態1−1を説明した。次に24スロットの例を用いて実施の形態1−2を説明する。図10に、実施の形態1−2によるレゾルバの固定子鉄心と回転子鉄心を示す断面図が示されている。固定子3のティースの数Nsは24で、回転子2の突極の数Nsaを11としている。固定子3のティース(T1〜T24)にはコイル1が巻回されている。励磁巻線1cは一相、出力巻線(1a,1b)は2相である。ティースの奥側から出力巻線(1a,1b)、励磁巻線1cの順で配置されている。励磁巻線1cを巻き回さないティース(T3,T6,T9,T12,T15,T18,T21,T24)を設けている。励磁巻線は(+,−,0)の3ティース単位で固定子の周りをNe回繰り返し巻いている。この励磁巻線の極対数Neは8である。
では出力電圧が空間1次の起磁力の影響を受けないので角度検出の精度の低下を防ぐことができる。
|Ne−Nh|≧0の場合、
|Ne+Nh|+|Ne−Nh|=Nsとなる。
|Ne−Nh|<0の場合、
|Ne+Nh|−|Ne−Nh|=Nsとなる。
|Ne+Nh|±|Ne−Nh|は、Ne>1、Nh>1のため、Ne−Nhに関らず、(Ne+Nh)±(Ne−Nh)と同じである。
(Ne+Nh)±(Ne−Nh)=2Ne、2Nh
ここでは、本願発明の効果を比較例3と対比することで定量的に示す。比較例3は、ティースの数28、回転子の突極の数8、出力巻線の次数6の場合である。励磁巻線は隣り合うティースで正負が逆(+,−)に巻き回されている。比較例3の励磁巻線は特許文献1の請求項1を、出力巻線は特許文献1の式(1)と式(3)を用いて表現した。実施の形態1―3は、励磁巻線、出力巻線の巻き線方法を実施の形態1−1と同様とした。すなわち励磁巻線は(+,−,0)の3ティース単位で固定子の周りをNe回繰り返し巻かれている。図15と図16はティース(スロット)の数Nsが(27、33、42、48)の場合を計算した結果を表している。図の縦軸は、回転子1周の角度誤差のp−p値を比較例3で規格化した値を示している。
実施の形態1では、励磁巻線の巻線分布を3ティース単位としたが、実施の形態2では、励磁巻線を4ティース単位とする。これについて、構成と効果を説明する。まず、固定子が12スロットで、回転子の突極の数を7とした場合を実施の形態2の最初の実施例として述べる。図19に、本発明の実施の形態2−1による励磁巻線の巻数分布を示す。固定子のティースに励磁巻線と出力巻線が巻回されている。励磁巻線は(+,0,−,0)の4ティース単位で固定子の周りをNe回繰り返し巻かれる。この励磁巻線の極対数Neは3(=Ns/4)である。
次に24スロットの例を説明する。回転子の突極の数を11とした場合を実施の形態2−2として述べる。図21に、本発明の実施の形態2−2による励磁巻線の巻数分布を示す。固定子のティースに励磁巻線と出力巻線が巻回されている。励磁巻線は、実施の形態2−1と同様に、(+,0,−,0)の4ティース単位で固定子周をNe回繰り返し巻かれる。この励磁巻線の極対数Neは6である。
は四捨五入した。
ここでは、本願発明の効果を比較例3と対比することで定量的に示す。実施の形態2は、励磁巻線が(+,0,−,0)の4ティース単位で固定子の周りをNe回繰り返し巻かれた場合を意味し、スロット数48の場合を取り上げる。ティースの数Nsが48の場合、計算結果は図23に示されている。(Nsa,A:11,23)、(Nsa,A:11,1)、(Nsa,A:21,15)、(Nsa,A:21,9)では、比較例3より角度誤差が低減している。回転子の突極の数Nsaは上記に限らず、式(1)または式(2)より出力巻線の巻数を設定すればよい。
つまり、本発明の基本波の振幅NAのほうが比較例5の基本波の振幅NBよりも大きい。各構成で励磁電流Iを同じとした場合、NA×I>NB×Iとなるため、励磁巻線の起磁力の基本波の振幅は本発明の方が大きくなる。測定装置の端子に重畳するノイズ電圧に対し十分出力電圧が向上するため、角度検出の精度を向上できる。また、これは同じ励磁電流と同じインダクタンスの場合であるため、同じ励磁電圧、つまり同じ電源でこのような効果が得られる。
これまでの実施の形態では、励磁巻線を巻回さないティースを、3ティースに1ティース、あるいは4ティースに2ティース設けていた。巻数が0になるティースを除き、全てのティースに2相の出力巻線それぞれを巻回する例を説明した。本発明の実施の形態3では、励磁巻線の巻線方法は本発明の実施の形態1,2と同じであるが、出力巻線を2相以上巻回ししないティースを設ける。
出力巻線のi番目のティースの巻数は、図26に示されている式(4)ないし式(7)で表すことができる。出力巻線(a相)のi番目のティースの巻数(Nai)は式(4)または式(6)で表される。出力巻線(b相)のi番目のティースの巻数(Nbi)は式(5)または式(7)で表される。巻数が小数になる場合は四捨五入している。上式において、N1、N2、θは任意の定数である。
実施の形態3−2の実施例の構成を説明する。レゾルバの固定子が24スロットで、回転子の突極の数を11としている。固定子のティースに励磁巻線と出力巻線が巻回されている。励磁巻線は(+,0,−,0)の4ティース単位で固定子周をNe回繰り返し巻かれる。この励磁巻線の極対数Neは6である。
実施の形態4では、出力巻線を1ティースに2相巻回させ、励磁巻線の巻線周期を4ティースとするレゾルバを説明する。図28に、本発明の実施の形態4によるレゾルバの固定子鉄心と回転子鉄心を示す断面図を示す。ここでは、固定子が24スロットで、回転子の突極の数を2としている。固定子のティースには励磁巻線1cと出力巻線1a、1bが巻回されている。励磁巻線1cを巻き回さないティース(T3,T6,T9,T12,T15,T18,T21,T24)を設けている。
Claims (12)
- Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを3の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は−X回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/3となることを特徴とする回転角度検出装置。 - 第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(1)で
表されることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号
N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- 第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(2)で
表されることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号
N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- 第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(3)で
表されることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号
N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- 第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(4)で
表されることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号
N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを4の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は0回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数は−X回、ティースTi+3に装着された励磁巻線Ri+3の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/4となり、
第1相出力巻線Piの巻数は+Y回、第1相出力巻線Pi+1の巻数は0回、第1相出力巻線Pi+2の巻数は−Y回、第1相出力巻線Pi+3の巻数は0回、第2相出力巻線Qiの巻数は0回、第2相出力巻線Qi+1の巻数は+Y回、第2相出力巻線Qi+2の巻数は0回、第2相出力巻線Qi+3の巻数は−Y回であることを特徴とする回転角度検出装置。 - 第1相出力巻線Piの巻数と第2相出力巻線Qiの巻数は、機械角360度を|Ne+
Nsa|周期とする正弦波、あるいは、機械角360度を|Ne−Nsa|周期とする正弦波
で表されることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。 - Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを4の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は0回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数
は−X回、ティースTi+3に装着された励磁巻線Ri+3の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/4となり、
第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(1)で
表されることを特徴とする回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを4の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は0回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数は−X回、ティースTi+3に装着された励磁巻線Ri+3の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/4となり、
第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(2)で
表されることを特徴とする回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを4の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は0回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数
は−X回、ティースTi+3に装着された励磁巻線Ri+3の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/4となり、
第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(3)で
表されることを特徴とする回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを4の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は0回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数は−X回、ティースTi+3に装着された励磁巻線Ri+3の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/4となり、
第1相出力巻線Piの巻数Naiおよび第2相出力巻線Qiの巻数Nbiが、式(4)で
表されることを特徴とする回転角度検出装置。ここで、符号N1、符号N2、符号θは任意の定数、符号Nsはnに等しいとする。
- Nsa個の突極を有する回転子と、
整数nを4の倍数として、周方向にティースT1〜Tnが順に配置されている固定子と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される励磁巻線Ri(i:1〜n)と、
前記固定子のi番目のティースTiに装着される第1相出力巻線Pi(i:1〜n)と、前記固定子のi番目のティースTiに装着される第2相出力巻線Qi(i:1〜n)と、直列に接続される励磁巻線R1〜Rnに交流の電圧を与え、直列に接続される第1相出力巻線P1〜Pnの出力電圧および直列に接続される第2相出力巻線Q1〜Qnの出力電圧から回転角度を計算するコンバータ、を備え、
ティースTiに装着される励磁巻線Riの巻数は+X回、ティースTi+1に装着される励磁巻線Ri+1の巻数は0回、ティースTi+2に装着される励磁巻線Ri+2の巻数は−X回、ティースTi+3に装着された励磁巻線Ri+3の巻数は0回であり、励磁巻線の極対数Neはn/4となり、
第1相出力巻線Piの巻数と第2相出力巻線Qiの巻数は、機械角360度を|Ne+
Nsa|周期とする正弦波、あるいは、機械角360度を|Ne−Nsa|周期とする正弦波
で表されることを特徴とする回転角度検出装置。
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