JP7325529B2 - 冗長レゾルバ及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

冗長レゾルバ及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Description

本願は、冗長レゾルバ及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。
回転子と固定子の空隙におけるパーミアンスの変化を利用したレゾルバにおいて、異なる励磁回路に接続された２組の励磁巻線を有する多重系のレゾルバ、いわゆる冗長レゾルバが知られている。
例えば、特許文献１においては、２つの励磁巻線を有する冗長レゾルバにおいて、軸方向寸法を小さくするために、一つのレゾルバ固定子を周方向に分割し、第一系統、第二系統とすることで冗長化したものが開示されている。
特許第４１５７９３０号 特開２００９－２２２４３５号公報
しかしながら、特許文献１では、異なる系統の励磁巻線が巻かれたティースが隣接するため、異系統間で磁気干渉が発生し、角度検出精度が悪化するという課題があった。
このような冗長レゾルバにおける磁気干渉による角度検出精度の悪化を抑制するために、異なる励磁回路に接続された２つの励磁巻線を有する２つのレゾルバを軸線方向に２段積みし、一方のレゾルバには第一出力巻線のみを巻回し、他方のレゾルバには第二出力巻線のみを巻回したものが開示されている（例えば、特許文献２）。
しかし、特許文献２では、２つのレゾルバを、シャフトを介して２段積みしているため、一系統レゾルバに比べ、軸線方向寸法が２倍に増大するという課題があった。
本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、大型化することなく、角度検出精度の高い冗長レゾルバを提供することを目的とする。
本願に開示される冗長レゾルバは、Ｎx（Ｎxは自然数）個の突極を有する回転子、前記回転子と対向し周方向にＮs（Ｎsは２以上の整数）個配置されたティースを有する固定子、前記ティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線、を有するレゾルバ本体と、前記励磁巻線に電力を供給する励磁回路と、前記２相の出力巻線からの信号を基に前記回転子の取り付けられた回転体の回転角度を演算する角度演算部と、を備えた冗長レゾルバであって、前記固定子は、周方向にＭ個に分割されて、Ｍ個のティースブロックを構成し、前記Ｍ個のティースブロックを基にＮ（Ｎは２以上の整数、かつＭ≧Ｎ）系統の冗長系統を構成し、前記系統のそれぞれの分割角度の総和が３６０／Ｎ度であり、前記励磁回路及び前記角度演算部は前記系統ごとに互いに独立して設けられ、前記各ティースブロックにおいて、前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースは前記励磁巻線及び前記２相の出力巻線のうち少なくとも１相の出力巻線を有するとともに、巻回された前記励磁巻線の巻数を両端に位置しない前記ティースに巻回された前記励磁巻線の巻数よりも少なくしたものである。
本願に開示される冗長レゾルバによれば、ティースブロックの両端に位置するティースは励磁巻線及び２相の出力巻線のうち少なくとも１相の出力巻線を有するとともに、巻回された励磁巻線の巻数を両端に位置しないティースに巻回された励磁巻線の巻数よりも少なくしたので、出力信号に重畳される電気角２次成分を低減することができ、角度検出精度を向上することが可能となる。
実施の形態１に係る冗長レゾルバを回転電機に取り付けた例を示す図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバの構成を示す図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバのレゾルバ本体の断面図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバの固定子の断面図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバの励磁巻線の巻数を示す図である。 比較例である冗長レゾルバの励磁巻線の巻数を示す図である。 冗長レゾルバにおける第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号との位相差に対する第一出力信号と第二出力信号との位相差の関係を示す図である。 冗長レゾルバにおける第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号との位相差に対する角度誤差（電気角２次成分）の関係を示す図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバの第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号の波形を示す図である。 第一系統の出力信号波形を説明する図である。 第二系統の出力信号波形を説明する図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバにおいて、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースの励磁巻線の巻数に対する出力信号に重畳される電気角２次成分の変化を示す図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバのティースに鎖交する磁束の向きを示す図である。 実施例と比較例の条件を示す図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバの出力信号に重畳される電気角２次成分の低減効果を示す図である。 実施の形態１に係る冗長レゾルバの角度誤差低減効果を示す図である。 実施の形態２に係る冗長レゾルバの固定子の断面図である。 実施の形態２に係る冗長レゾルバにおいて、第一系統ティースブロックの両端に位置するティース幅に対する出力信号に重畳される電気角２次成分の変化を示す図である。 実施の形態２に係る冗長レゾルバの角度誤差低減効果を示す図である。 実施の形態３に係る冗長レゾルバの固定子の断面図である。 実施の形態４に係る冗長レゾルバの固定子の断面図である。 実施の形態５に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。
実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る冗長レゾルバについて説明する。
図１は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバを回転電機に取りつけた例を示す図である。なお、回転電機のシャフトに取り付けた例を示すが、種々の装置の回転部（回転体）の回転軸であれば、取り付け対象は回転電機に限るものではない。図において、冗長レゾルバ１００は回転電機２１の回転軸であるシャフト２２に取り付けられている。冗長レゾルバ１００は、センサであるレゾルバ本体１とそれを制御する制御回路７とを具備する。レゾルバ本体１は、一対の固定子３と回転子２を備え、固定子３には巻線４が巻回されている。回転子２はシャフト２２を介して回転電機２１の回転部と接続されている。制御回路７は巻線４のうち後述する励磁巻線に交流電圧を印加して励磁する励磁回路６と巻線４のうち後述する出力巻線の信号波形から回転角度を演算する角度演算部５とを備える。
図２は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバの構成を示す図である。図において冗長レゾルバ１００は第一系統のレゾルバ１００ａと第二系統のレゾルバ１００ｂとを備えており、ここでは二重系の例を示している。第一系統のレゾルバ１００ａ及び第二系統のレゾルバ１００ｂはそれぞれ巻線４ａ、４ｂとして、第一出力巻線Ｓａ、第二出力巻線Ｓｂ、励磁巻線Ｒを有し、第一出力巻線Ｓａ及び第二出力巻線Ｓｂは角度演算部５ａ、５ｂに接続され、励磁巻線Ｒは励磁回路６ａ、６ｂに接続されている。このように、角度演算部５ａ、５ｂ及び励磁回路６ａ、６ｂは各系統に設けられ、互いに独立することで冗長性を確保している。
図３は、図１中Ｘ―Ｘ線のレゾルバ本体１の断面図である。図において、ヨークＹとティースＴを有する固定子３の各ティースＴに巻線４が巻回されている。突極部２ｐを有する回転子２はシャフト２２に取り付けられている。本実施の形態１において、冗長レゾルバの固定子３のティースＴの数Ｎsは１２、回転子の突極の数Ｎxを５とする。突極の数は軸倍角とも呼ばれている。
図４は、図３から回転子２とシャフト２２を除いた図で固定子３の断面図に相当し、第一系統及び第二系統のレゾルバ１００ａ、１００ｂの一部構成を示す図である。上述したように、冗長レゾルバの固定子３のティースＴの数Ｎsは１２である。各ティースＴを時計方向にティースＴ１～ティースＴ１２とすると、図中Ｙ－Ｙ線で分けられるように、ティースＴ１～ティースＴ６からなる第一系統ティースとティースＴ７～ティースＴ１２からなる第二系統ティースとに周方向に２分割されている。この第一系統ティースは第一系統のレゾルバ１００ａを、第二系統ティースは第二系統のレゾルバ１００ｂを構成し、両者で二重系の冗長レゾルバを構成している。
次に、各ティースＴの巻線４について説明する。
各ティースＴには、１相の励磁巻線Ｒと、２相の出力巻線Ｓａ、Ｓｂからなる巻線群が巻回されている。つまり、第一系統のティースＴ１～Ｔ６には、第一系統の励磁巻線Ｒ１～Ｒ６、第一系統の第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ６、第一系統の第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ６が巻回されている。同様に、第二系統のティースＴ７～Ｔ１２には、第二系統の励磁巻線Ｒ７～Ｒ１２、第二系統の第一出力巻線Ｓａ７～Ｓａ１２、第二系統の第二出力巻線Ｓｂ７～Ｓｂ１２が巻回されている。
第一系統の励磁巻線Ｒ１～Ｒ６および第二系統の励磁巻線Ｒ７～Ｒ１２はそれぞれレゾルバの延出部（図示せず）に設けられた励磁端子（図示せず）を介して第一系統の励磁回路６ａ、第二系統の励磁回路６ｂに接続されている。
第一系統の第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ６、第一系統の第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ６はそれぞれレゾルバの延出部に設けられた出力端子（図示せず）を介して第一系統角度演算部５ａに接続されている。第二系統の第一出力巻線Ｓａ７～Ｓａ１２、第二系統の第二出力巻線Ｓｂ７～Ｓｂ１２はそれぞれレゾルバの延出部に設けられた出力端子（図示せず）を介して第二系統角度演算部５ｂに接続されている。第一系統の角度演算部５ａおよび第二系統角度演算部５ｂはそれぞれ第一及び第二の２相の出力巻線から出力される出力信号により、回転子２の第一系統検出角度θ１および第二系統検出角度θ２を計算して出力する（図２参照）。
ティースＴ１に着目すると、まず励磁巻線Ｒ１が巻回され、次に第一出力巻線Ｓａ１、第二出力巻線Ｓｂ１の順で巻回されている。すなわち、励磁巻線を先に巻き、その上から２相の出力巻線を巻いた構成となっている。この２相の第一出力巻線Ｓａ１、第二出力巻線Ｓｂ１の巻回する順序はこれにこの順に限らず、いずれを先に巻回してもよい。また、２相の出力巻線のうちいずれか１相の出力巻線を巻回しないティースを設ける場合がある。ティースを含む固定子鉄心と巻線とは絶縁紙、塗装、樹脂等（図示せず）により絶縁されている。なお、ティースＴ１について説明したが、他のティースＴ２～Ｔ１２も同様の方法で各巻線が巻回されている。
第一系統の励磁巻線Ｒ１～Ｒ６は直列に接続され、第一系統の第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ６は直列に接続され、第一系統の第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ６は直列に接続される。同様に、第二系統励磁巻線Ｒ７～Ｒ１２は直列に接続され、第二系統の第一出力巻線Ｓａ７～Ｓａ１２は直列に接続され、第二系統の第二出力巻線Ｓｂ７～Ｓｂ１２は直列に接続される。
なお、ここではそれぞれの巻線は、ティースＴ１～Ｔ６およびティースＴ７～Ｔ１２の順に直列に接続されるとしたが、巻き始めのティースはそれぞれ系統内の任意のティースＴｉであって、かつ隣接するティースから順に直列に接続されていても、同様の効果が得られる。
また、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を周方向に並べて巻回するものとしたがこの限りではなく、径方向に並べる、あるいはティースごとに巻回する順序を変更する等しても同様の効果を得ることができる。
次に、本実施の形態１に係る冗長レゾルバの第一系統の励磁巻線および第二系統の励磁巻線の巻数について説明する。図５Ａは本実施の形態１に係る冗長レゾルバにおける巻線の分布を、図５Ｂは比較例における巻線の分布を示す図である。図において、励磁巻数を振幅で規格化し、第一系統ティースおよび第二系統ティースに巻かれる励磁巻線の巻数を連続的に示している。レゾルバの励磁巻線には、巻き方向（＋）、巻き方向（－）が定義されている。本実施の形態１における冗長レゾルバでは、励磁巻線の巻方向（＋）と巻方向（―）が交互に配置されている。（＋）および（－）は、巻線の互いに異なる巻極性を表し、あるコイルの巻線の方向を巻き方向（＋）で表すと、巻線が逆向きに巻かれているコイルは巻き方向（－）と表現する。巻き方向（＋）の巻数と巻き方向（－）の巻数は、絶対値が同じである。よって、励磁巻線の空間次数Ｎeは６である。すなわち、巻き方向（＋）の巻数を＋Ｘ回とすると巻き方向（－）の巻数は、－Ｘ回となる。なお、ここでは巻き方向（＋）、巻き方向（－）が交互に巻かれており、励磁巻線の空間次数が６であるとしたが、この限りではなく、巻き方向（＋）、巻き方向（－）が２ティースごとに配置された励磁巻線の空間次数が３となる巻線配置など、ほかの巻線配置であってもよい。
なお、図５Ｂの比較例では第一系統ティースブロック、第二系統ティースブロックの全てのティースＴ１～Ｔ１２において巻数は同じである。一方、図５Ａに示す本実施の形態１に係る冗長レゾルバにおいては、第一系統ティースブロック、第二系統ティースブロックのそれぞれ両端に位置するティースＴ１、Ｔ６及びティースＴ７、Ｔ１２に巻回される励磁巻線の巻数は、その他のティース、すなわち両端に位置しないティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５及びティースＴ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１に巻回される励磁巻線の巻数よりも少なくなっている。本実施の形態１における望ましい巻数については後述する。
上述したように、本実施の形態１に係る冗長レゾルバは、第一系統の励磁巻線Ｒ１～Ｒ６に励磁信号を与える第一系統の励磁回路６ａと第二系統の励磁巻線Ｒ７～Ｒ１２に励磁信号を与える第二系統の励磁回路６ｂとは互いに独立して、冗長性を確保している。しかし、互いに独立させることにより、第一系統の励磁信号および第二系統の励磁信号を同期させることが難しい。第一系統の励磁回路６ａおよび第二系統励磁回路６ｂを構成する、例えばマイコンには製造上ばらつきがあるため、第一系統の励磁信号および第二系統の励磁信号の周波数を同等に設計しても、完全に一致せず、微小な差が生じる。これにより、第一系統の励磁信号および第二系統の励磁信号の差異は一定ではなく時刻とともに変化し、他系統に影響を及ぼすことになる。
図６は、図５Ｂの比較例での巻数のレゾルバに対し、第一系統の励磁回路６ａと第二系統の励磁回路６ｂとが独立している場合に、横軸を第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号との位相差とし、縦軸を第一系統の第一出力信号と第一系統の第二出力信号との位相差の９０°からのずれ量としたものである。第一系統の第一出力信号および第一系統の第二出力信号の位相差が９０°であるとき、すなわち、横軸及び縦軸とも０の時、最も精度よく角度検出が可能である。また、第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号の位相差が大きくなるにつれ、第一系統の第一出力信号と第一系統の第二出力信号の位相差が９０°から乖離していくことがわかる。なお、図６では第一系統の出力信号の位相差について示したが、第二系統の出力信号の位相差においても同様の現象が発生する。
図７は、上記と同じ条件、すなわち図５Ｂの比較例での巻数のレゾルバに対し、第一系統の励磁回路６ａと第二系統の励磁回路６ｂとが独立している場合に、図６と同様横軸に第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号との位相差とし、縦軸を回転電機の磁極の角度真値と冗長レゾルバによる検出角度の差である角度誤差の電気角２次成分としたものである。第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号の位相差が大きくなるにつれ、角度誤差の電気角の２次成分が増加していくことがわかる。第一系統の励磁信号と第二系統の励磁信号に位相差が生じると、第一出力信号と第二出力信号の位相差が９０°ではなくなる結果、角度誤差の電気角２次成分が大きくなる。角度誤差はトルクリップルの原因となるため、トルクリップルが小さく高性能な回転電機を得るためには、レゾルバの角度誤差を小さくする必要がある。しかしながら、第一系統の励磁回路、第二系統の励磁回路がそれぞれ独立しており、同期をとることができない冗長レゾルバでは、使用中に角度検出精度が悪化するという課題があった。なお、図７では第一系統または第二系統のいずれで検出された角度誤差の電気角の２次成分であっても同じ挙動を示す。
このように、本実施の形態に係る冗長レゾルバにおいては、第一系統の励磁回路６ａと第二系統の励磁回路６ｂとが独立していることよる冗長性の確保と角度検出誤差悪化の可能性の相反する作用を有することがわかる。
また、本実施の形態１に係る冗長レゾルバにおいては、第一系統の励磁回路、第二系統の励磁回路がそれぞれ独立しているので、それぞれの励磁回路から異なる周波数の励磁信号を対応する励磁巻線に供給することができる。図８は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバの第一系統の励磁信号および第二系統の励磁信号を示したものである。第一系統の励磁信号の周波数ｆ１は１０ｋＨｚ、第二系統の励磁信号の周波数ｆ２は２０ｋＨｚの例である。なお、縦軸は励磁信号の電圧の振幅で規格化している。
さらに、角度演算部５ａ、５ｂに他系統の周波数成分を除去する機能を有する。つまり、第一系統の第一出力信号、第一系統の第二出力信号から第二系統の励磁信号による成分を除去し、第一系統の励磁信号による成分のみを取り出す。また、第二系統の第一出力信号、第二系統の第二出力信号から第一系統の励磁信号による成分を除去し、第二系統の励磁信号による成分のみを取り出す。以下に、他系統の周波数成分を除去する方法について説明する。
図９は、第一系統の出力信号の波形を説明する図で、上から順に、第一系統の出力信号、第一系統の励磁信号、第二系統の励磁信号の波形を示している。第一系統の出力信号は、本来第一系統の励磁信号に対応した周波数ｆ１の波形となるところ、第二系統の励磁信号の周波数ｆ２の成分が加算された波形となる。図に示すように、第一系統の励磁信号の＋Ａ、－Ａのそれぞれは信号の正のピーク、負のピークに相当するが、それぞれ第二系統の励磁信号成分＋Ｂｎ、＋Ｂｎが加算されるため、第一系統の出力信号では正弦波から歪んだ波形となることがわかる。そのため、この第一系統の出力信号を周期１/ｆ１でサンプルし、そのまま逆正接演算を行うと、第二系統の励磁信号周波数ｆ２の成分に起因した誤差を生ずる。そこで、第一系統の出力信号を２/ｆ１でサンプルし、｛（Ａ＋Ｂｎ）－（－Ａ＋Ｂｎ）｝/２とする。これにより、第一系統の励磁信号周波数ｆ１の成分Ａのみを抽出し、第二系統の励磁信号周波数ｆ２の成分Ｂｎを除去することが可能となり、回転角度の検出精度を向上することが可能である。
図１０は、第二系統の出力信号の波形を説明する図で、上から順に、第二系統の出力信号、第二系統の励磁信号、第一系統の励磁信号の波形を示している。第二系統の出力信号は、本来第二系統の励磁信号に対応した周波数ｆ２の波形となるところ、第一系統の励磁信号の周波数ｆ１の成分が加算された波形となる。図に示すように、第二系統の励磁信号の＋Ｂ、－Ｂ、＋Ｂ、－Ｂのそれぞれは信号の正のピーク、負のピークに相当するが、それぞれ第一系統の励磁信号成分＋Ａｎ１、＋Ａｎ２、―Ａｎ１、―Ａｎ２が加算されるため、第二系統の出力信号では正弦波から歪んだ波形となることがわかる。そのため、この第二系統の出力信号を周期１/ｆ２でサンプルし、そのまま逆正接演算を行うと、第一系統の励磁信号周波数ｆ１の成分に起因した誤差を生ずる。そこで、第二系統の出力信号を２/ｆ２でサンプルし、｛（Ｂ＋Ａｎ１）＋（Ｂ－Ａｎ１）－（－Ｂ＋Ａｎ２）―（－Ｂ－Ａｎ２）｝/４とする。これにより、第二系統の励磁信号周波数ｆ２の成分Ｂのみを抽出し、第一系統の励磁信号周波数ｆ１の成分Ａｎを除去することが可能となり、回転角度の検出精度を向上することが可能である。
図３及び図４で示したように、本実施の形態１における冗長レゾルバでは、固定子の半周ごとに系統が異なる。そして、系統ごとに異なる周波数の励磁信号を供給し、各角度演算部において他系統の励磁信号の影響は除去している。このことにより、第一系統と第二系統とは独立した状態、すなわち、第一系統に着目すると、第一系統ティースに巻回された第一系統の励磁巻線には第二系統の励磁信号が印加されず、第二系統が断線等の故障が起きた場合と同様の物理状態となる。逆に第二系統に着目すると、第一系統が断線等の故障が起きた場合と同様の物理状態となる。このことは、独立した励磁回路から互いに異なる周波数の励磁信号を供給することで、他系統の信号に影響しない信号が得られる、という優位性を示唆している。
以上のような、本実施の形態１に係る冗長レゾルバにおいて第一系統の励磁回路６ａと第二系統の励磁回路６ｂとが独立であることに起因する課題及び特徴を踏まえ、本実施の形態１の作用効果について比較例と対比して説明する。
図１１は、図５Ａにおいて第一系統ティースブロックの両端の巻数と第一出力信号の基本波に対する電気角２次成分の割合との関係を示す図である。横軸は、第一系統ティースブロックの両端ではないティース（ティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）に巻回された励磁巻線の巻数に対する第一系統ティースブロックの両端に位置するティース（ティースＴ１、Ｔ６）に巻回された励磁巻線の巻数の比である。この比をＡとする。縦軸は、第一系統の第一出力信号の基本波に対する電気角２次成分の割合を示したものである。横軸において、Ａ＝１は第一系統ティースブロック内のティース（ティースＴ１～Ｔ６）が全て同じ巻数である（図５Ｂの比較例に相当）ことを意味し、縦軸はＡ＝１の時の値で規格化されている。
横軸でＡ＝１に着目し、第一系統ティースブロックの両端に位置するティース（ティースＴ１、Ｔ６）の巻数を減じていくと、すなわちＡを小さくしていくと、第一出力信号の基本波に対する電気角２次成分の割合が減少する。電気角の２次成分の重畳割合が少なくなると、角度検出誤差が低減することになる。しかし、巻数を著しく減じてＡが２／７より小さくなると、第一系統ティースブロック内のティースが全て同じであるＡ＝１の時よりも電気角の２次成分の重畳割合が増加してしまう。すなわち、２／７＜Ａ＜１の時、出力信号に重畳される電気角２次成分を比較例の巻数の時より小さくすることができる。さらに図によれば、Ａ＝２／３の時、出力信号に重畳される電気角２次成分を最小（Ａ＝１の時の約１／３）にすることができる。
次に、各系統のティースブロック内両端部に位置するティースの励磁巻線の巻数を減らすことの作用について、図１２を用いて説明する。
図１２は、本実施の形態１の第一系統ティースブロックの各ティースに鎖交する磁束の向きを示した図である。図において、矢印からわかるように第一系統ティースブロックのティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は、それぞれ両隣のティースの影響を受けている。一方、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ１、Ｔ６は、それぞれ両隣のティースのうちの一方、すなわち、隣接し、かつ、第一系統ティースブロックに属するティースＴ２、Ｔ５からのみ磁束の影響を受けている。上述したように本実施の形態１における冗長レゾルバは、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースに巻かれる励磁巻線の巻数が、第一系統ティースブロックのその他のティースに巻回される励磁巻線の巻数よりも少ない。よって、第一系統ティースブロックの両端部に位置するティースＴ１、Ｔ６の起磁力が弱くなり、両端に位置するティースＴ１、Ｔ６まで同じ数の巻線を有する比較例よりも第一系統ティースブロック両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになるため、出力信号に重畳される電気角２次成分が低減する。図示していないが、第二系統ティースブロックについても同様に、第二系統ティースブロックの両端部に位置するティースＴ７、Ｔ１２の起磁力が弱くなり、両端に位置するティースＴ７、Ｔ１２まで同じ数の巻線を有する比較例よりも第二系統ティースブロック両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになるため、出力信号に重畳される電気角２次成分が低減する。
図１１に示したように、両端部に位置するティースの巻数比が小さくなると上述のように、両端部に位置するティースの起磁力が弱まることで、出力信号に重畳される電気角２次成分が低減する。しかし、Ａが２／７より小さくなると、両端部のティースが固定子として十分機能せず、両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになる効果が低減し、再び電気角２次成分が増加する。
次に、本実施の形態１による効果の一例を示す。
図１４は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバの効果の一例を示す図で、図１３に示す条件での、実施例１及び比較例１、２の出力信号基本波に対する電気角の２次成分の割合を比較した図である。まず、条件について説明する。図１３に示すように、実施例１の冗長レゾルバは第一、第二系統のティースブロックを有し、それぞれ第一系統のレゾルバ１００ａ、第二系統のレゾルバ１００ｂを構成する。それぞれのレゾルバの励磁回路６ａ、６ｂは独立しており、それぞれ第一系統の励磁信号の周波数ｆ１は１０ｋＨｚ、第二系統の励磁信号の周波数ｆ２は２０ｋＨｚである。図１３において、実施例１の各系統の両端に位置するティースの巻数は、巻数比Ａ＝２／３である。比較例１、２とも二系統のレゾルバを有した冗長レゾルバであるが、全てのティースの巻数は同じ、すなわちＡ＝１である。比較例１においては、二系統の励磁回路は独立しており、実施の形態１と同様に、第一系統の励磁信号の周波数ｆ１は１０ｋＨｚ、第二系統の励磁信号の周波数ｆ２は２０ｋＨｚである。比較例２においては、励磁回路は独立しているものの位相差が０°である時点とし、二系統のレゾルバへの励磁信号の周波数は１０ｋＨｚとする。なお、実施例１及び比較例１においては、角度演算部において他系統の周波数成分を除去するものとする。
図１４は、図１３に示す３つの条件のものに対し、第一系統の第一出力信号の基本波に対する電気角の２次成分の割合を比較した図である。まず、比較例１、２を対比すると、２つの独立した励磁回路から異なる周波数の励磁信号を供給して、角度演算部において他系統の周波数成分を除去した比較例１では、２つの励磁回路の位相差が０°の比較例２よりも電気角の２次成分は約１．４倍に増加している。出力信号の電気角２次成分の増加は、電気角１次および３次成分増加の原因となる。角度の真値と冗長レゾルバによる検出角度の差異である角度誤差の電気角１次成分および３次成分の増加は、角度検出精度の低下に繋がることになる。
一方、実施例１は各系統の両端に位置するティースの巻数は、巻数比Ａ＝２／３であり、上述したように第一系統ティースブロック両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになる。この作用効果により、比較例１だけでなく、比較例２の励磁回路の位相差０°よりも出力信号における電気角２次成分が低減することがわかる。
図１５は、実施例１と比較例２の条件において、電気角１次成分及び３次成分それぞれに対し角度誤差を比較した図である。図１５では、比較例２の電気角１次成分の値で規格化して示している。実施例１においては、電気角１次成分及び３次成分ともに比較例２より改善され、角度誤差が減少していることがわかる。
上記、図１４及び図１５においては、第一系統に着目して本実施の形態１の作用効果を説明したが、第二系統も同じ物理現象が発生するため、説明を省略する。
以上のように実施の形態１に係る冗長レゾルバによれば、冗長レゾルバを構成する各系統のレゾルバを、固定子を周方向に分割して各系統のティースブロックにより構成するので、レゾルバ本体は大型化することはない。そして各系統の励磁回路を独立に構成し、各系統のティースブロックの両端部に位置するティースに巻回される励磁巻線の巻数を両端部以外に位置するティースに巻回される励磁巻線の巻数よりも少なくし、両者の比Ａを２／７＜Ａ＜１の範囲とすることで、系統内のティースの巻数が同一の場合よりも出力信号に重畳される電気角２次成分が減少し、角度検出精度が向上する。
なお、比較例１、２と対比した実施例１では、２つの独立した励磁回路から異なる周波数の励磁信号を供給して、角度演算部において他系統の周波数成分を除去したが、比較例２のように周波数を２つの独立した励磁回路において同一とし、角度演算部において他系統の周波数成分を除去しなくてもよい。実施例１のティースブロック両端部での巻線を少なくすることによる空隙磁束密度の変化が緩やかになる作用効果により、比較例２より電気角２次成分は低減する。
また、第一系統ティースブロック及び第二系統ティースブロックにおいて、各系統のティースブロックの両端に位置しないティースの巻数は各系統のティースブロック内で同一であれば、系統ごとに異なってもよい。系統ごとに両端部で空隙磁束密度の変化が緩やかになるように、両端部と両端部以外のティースにおける励磁巻線の巻数を設定すればよい。
実施の形態２．
上記実施の形態１では、各系統のティースブロック両端に位置するティースに巻回される励磁巻線の数を少なくし、両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになるようにして出力信号に重畳される電気角２次成分を減少させた。本実施の形態２では、各系統のティースブロック両端に位置するティースの幅を変えることで同様の効果を奏するようにした。
以下、本実施の形態２に係る冗長レゾルバについて、図を用いて説明する。
図１６は、実施の形態２における冗長レゾルバの固定子３の断面図であり、第一系統及び第二系統のレゾルバ１００ａ、１００ｂの一部構成を示す図である。各系統のティースブロックの構成、各励磁巻線、各第一出力巻線、各第二出力巻線の巻回しは実施の形態１と同様であり、説明を省略する。本実施の形態２における冗長レゾルバの固定子３においては、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ１、Ｔ６が、両端に位置しないティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５よりも細くなっている。図中に示すように、各ティースの幅をＷＴｉ（ｉはティース番号）とし、両端に位置しないティースとしてティースＴ４を例にすると、ＷＴ1＜ＷＴ4、ＷＴ6＜ＷＴ4である。
同様に、第二系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ７、Ｔ１２の幅が、両端に位置しないティースＴ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１の幅よりも細くなっている。図中に示すように、両端に位置しないティースとしてティースＴ９を例にすると、ＷＴ7＜ＷＴ9、ＷＴ12＜ＷＴ9である。
図１７は、第一系統ティースブロックの両端に位置するティース幅と第一出力巻線の基本波に対する電気角２次成分の割合との関係を示す図である。横軸は、第一系統ティースブロックの両端ではないティース（ティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）の幅ＷＴｉ（ｉ＝２、３、４、５）に対する第一系統ティースブロックの両端に位置するティース（ティースＴ１、Ｔ６）の幅ＷＴｉ（ｉ＝１、６）の比である。この比をＢとする。縦軸は、第一系統の第一出力巻線の基本波に対する電気角２次成分の割合を示したものである。横軸において、Ｂ＝１は第一系統ティースブロック内のティース（ティースＴ１～Ｔ６）が全て同じ幅であることを意味し、縦軸はＢ＝１の時の値で規格化されている。
図１７において、Ｂ＝１に着目し、第一系統ティースブロックの両端に位置するティース（ティースＴ１、Ｔ６）の幅を小さくしていくと、すなわちＢを小さくしていくと、第一出力信号の基本波に対する電気角２次成分の割合が減少する。電気角の２次成分の重畳割合が少なくなると、角度検出誤差が低減することになる。しかし、ティースの幅を著しく減じてＢが７／９より小さくなると、両端部での磁束密度の変化を緩やかにする効果が小さくなり、第一系統ティースブロック内のティースが全て同じであるＢ＝１の時よりも電気角の２次成分の重畳割合が増加してしまう。すなわち、７／９＜Ｂ＜１の時、出力信号に重畳される電気角２次成分を比較例のティースの幅の時より小さくすることができる。さらに図によれば、Ｂ＝５／６の時、出力信号に重畳される電気角２次成分を最小にすることができる。
図１８は、実施の形態２に係る冗長レゾルバの効果の一例を示す図である。
実施例２は、図１３において示された条件すなわち、両端部のティースの巻線は比較例２と同様、両端に位置しないティースの巻線数と同一にするが、両端部のティースの幅を両端に位置しないティースのより小さくした（Ｂ＝５／６）ものである。図１８は、この実施例２と比較例２の条件において電気角１次成分及び３次成分それぞれに対し角度誤差を比較した図で、比較例２の電気角１次成分の値で規格化して示している。実施例２においても、電気角１次成分及び３次成分ともに比較例２より改善され、角度誤差が減少することがわかる。
これは、実施の形態１において説明したと同様に、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースの幅が、第一系統ティースブロックのその他のティースの幅よりも小さく、７／９＜Ｂ＜１の範囲にある。よって、第一系統ティースブロックの両端部に位置するティースＴ１、Ｔ６の起磁力が弱くなり、両端に位置するティースＴ１、Ｔ６まで同じ幅を有する比較例２よりも第一系統ティースブロック両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになるため、出力信号に重畳される電気角２次成分が低減する。そして、電気角１次、３次成分も減少し、角度誤差が小さくなる。
なお、図１７及び図１８においては、第一系統に着目して本実施の形態２の作用効果を説明したが、第二系統も同じ物理現象が発生するため、説明を省略する。
以上のように実施の形態２に係る冗長レゾルバによれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。すなわち、各系統のティースブロックの両端に位置するティースの幅を両端に位置しないティースの幅よりも小さくし、両者の比Ｂを７／９＜Ｂ＜１の範囲とすることで、系統内のティースの幅が同一の場合よりも出力信号に重畳される電気角２次成分が減少し、角度検出精度が向上する。
なお、比較例２と対比した実施例２では、２つの独立した励磁回路から異なる周波数の励磁信号を供給して、角度演算部において他系統の周波数成分を除去したが、比較例２のように周波数を２つの独立した励磁回路において同一とし、角度演算部において他系統の周波数成分を除去しなくてもよい。実施例２のティースブロック両端部でのティースの幅を小さくすることによる空隙磁束密度の変化が緩やかになる作用効果により、比較例２より電気角２次成分は低減する。
また、第一系統ティースブロック及び第二系統ティースブロックにおいて、各系統のティースブロックの両端に位置しないティースの幅は各系統のティースブロック内で同一であれば、系統ごとに異なってもよい。系統ごとに両端部で空隙磁束密度の変化が緩やかになるように、両端部と両端部以外のティースの幅を設定すればよい。
実施の形態３．
実施の形態１では、各系統のティースブロック両端に位置するティースに巻回される励磁巻線の数を少なくし、実施の形態２では、各系統のティースブロック両端に位置するティースの幅を変えることで両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになるようにして出力信号に重畳される電気角２次成分を減少させた。本実施の形態３では、各系統のティースブロック両端に位置するティースと回転子との空隙長を大きくすることで、同様の効果を奏するようにした。
以下、本実施の形態３に係る冗長レゾルバについて、図を用いて説明する。
図１９は、実施の形態３における冗長レゾルバの固定子３の断面図であり、第一系統及び第二系統のレゾルバ１００ａ、１００ｂの一部構成を示す図である。各系統のティースブロックの構成、各励磁巻線、各第一出力巻線、各第二出力巻線の巻回しは実施の形態１、２と同様であり、説明を省略する。本実施の形態３における冗長レゾルバの固定子３においては、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ１、Ｔ６の先端部は、両端に位置しないティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の先端部よりも外周側に位置している。そのため、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ１、Ｔ６と回転子との空隙長が、両端に位置しないティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５と回転子との空隙長よりも大きくなっている。
図１９において、一点鎖線で示した円Ｃｒは回転子が回転した時の突極部２ｐの軌跡を示し、破線で示した円ＣＴは両端に位置しないティースの回転子に対向する面を結んだものである。図中に示すように、各ティースと回転子との空隙長をＤＴｉ（ｉはティース番号）とし、両端に位置しないティースとしてティースＴ２を例にすると、ＤＴ1＞ＤＴ2、ＤＴ6＞ＤＴ2である。なお、ＤＴ2で代表される両端に位置しないティースと回転子との空隙長は円Ｃ Ｔ の半径から円Ｃ ｒ の半径を減算した値である。
同様に、第二系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ７、Ｔ１２の先端部は、両端に位置しないティースＴ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１の先端部よりも外周側に位置している。そのため、第二系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ７、Ｔ１２と回転子との空隙長が、両端に位置しないティースＴ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１と回転子との空隙長よりも大きくなっている。図中に示すように、両端に位置しないティースとしてティースＴ１０を例にすると、ＤＴ7＞ＤＴ10、ＤＴ12＞ＤＴ10である。
実施の形態３における冗長レゾルバでは、第一系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ１、Ｔ６の空隙長がその他のティースＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の空隙長よりも大きいため起磁力が弱くなり、第一系統ティースブロック両端部での空隙磁束密度の変化がゆるやかになるため、出力信号に重畳する電気角２次成分が低減し、角度誤差の電気角１次成分、３次成分を低減する効果を得ることができる。また、第二系統ティースブロックの両端に位置するティースＴ７、Ｔ１２の空隙長がその他のティースＴ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１の空隙長よりも大きいため起磁力が弱くなり、第二系統ティースブロック両端部での空隙磁束密度の変化が緩やかになるため、出力信号に重畳する電気角２次成分が低減し、角度誤差の電気角１次成分、３次成分を低減する効果を得ることができる。
以上のように実施の形態３に係る冗長レゾルバによれば、実施の形態１及び２と同様の効果を奏する。すなわち、各系統のティースブロックの両端に位置するティースの空隙長を、両端に位置しないティースの空隙長よりも大きくすることで、系統内のティースの空隙長が同一の場合よりも出力信号に重畳される電気角２次成分が減少し、角度検出精度が向上する。
また、実施の形態１から３は、各系統のティースブロックにおいて、両端部での空隙磁束密度の変化を緩やかにするように組み合わせてもよい。例えば、各系統のティースブロックにおいて、両端部での空隙磁束密度の変化を緩やかになる範囲において、各系統のティースブロックの両端にないティースと比して、両端に位置するティースの幅を小さくし、かつ励磁巻線の巻数を減らしてもよい。各系統のティースブロックにおいて、両端部での空隙磁束密度の変化を緩やかになる範囲において、各系統のティースブロックの両端にないティースと比して、両端に位置するティースの幅を小さくし、かつ励磁巻線の巻数を減らし、かつ空隙長を大きくしてもよい。
なお、実施の形態１から３においては、ティースＴ１～ティースＴ６からなる第一系統ティースは第一系統ティースブロックを構成し、ティースＴ７～ティースＴ１２からなる第二系統ティースは第二系統ティースブロックを構成している。第一系統ティースブロックと第二系統ティースブロックはそれぞれ一体に形成されていてもよいし、両者が一体に形成されていてもよい。あるいは、それぞれ一体に形成された後に両者を一体化する等の製造過程を経ることにより一体に形成されていてもよい。また、ティースＴとヨークＹを備えた各ピース、あるいはその積層物においてヨークを接続することで各系統のティースブロックを形成してもよい。
また、実施の形態１から３においては、固定子３のティースＴの数Ｎsは１２、回転子の突極の数Ｎxを５である例を示したが、これに限るものではない。
実施の形態４．
以下、実施の形態４に係る冗長レゾルバについて図を用いて説明する。
上記実施の形態１から３においては、固定子のティース（Ｔ１～Ｔ１２）を周方向に２分割した例を示したが、これに限るものではない。
図２０は、本実施の形態４に係る冗長レゾルバの固定子断面図である。本実施の形態４に係るレゾルバの固定子のティースの数Ｎsは１２で、回転子の軸倍角Ｎxは５としている。固定子のティース（Ｔ１～Ｔ１２）は、周方向に４つに分割され、周方向に順に、第一系統第一ティースブロック、第二系統第一ティースブロック、第一系統第二ティースブロックおよび第二系統第二ティースブロックに分けられる。第一系統第一ティースブロックと第一系統第二ティースブロックは直列に接続され、第一系統を構成する。同様に、第二系統第一ティースブロックと第二系統第二ティースブロックは直列に接続され、第二系統を構成し、これら２つの系統で二重系の冗長レゾルバを構成している。
なお、各ティースブロックにおいては、ティースブロック内の両端部での空隙磁束密度の変化を緩やかにし、出力信号に重畳される電気角２次成分を低減するために、実施の形態１から３のいずれかの構成を用いる。すなわち、ティースブロック内の両端に位置するティースに巻回される励磁巻線の数を所定数減らす、ティースブロック内の両端に位置するティースの幅を所定量小さくするあるいはティースブロック内の両端に位置するティースの空隙長を大きくする、のいずれかの構造とする。また、ティースブロック内の両端部での空隙磁束密度の変化を緩やかにし、出力信号に重畳される電気角２次成分を低減可能となるように、実施の形態１から３に示した構成を組み合わせてもよい。
また、第一系統第一ティースブロック、第一系統第二ティースブロック、第二系統第一ティースブロック、第二系統第二ティースブロックはそれぞれ一体に形成されていてもよいし、製造の過程で組み合わされていてもよい。また、２つ以上のティースブロックが一体となっていてもよい。
このように、固定子を周方向に４分割し、各ティースブロックの円周に対する角度を９０度とし、一つの系統を構成するティースが対向する位置に配置するようにしたので、固定子あるいは回転子が偏心した場合の磁束の不平衡が緩和され、出力信号が歪の少ない正弦波状になり、角度検出精度を向上することが可能となる。
なお、固定子３のティースＴの数Ｎsは１２、回転子の突極の数Ｎxを５である例を示したが、これに限るものではなく、固定子の周方向の分割数も２、４個に限るものではない。固定子の周方向の分割数をＭとし、系統数をＮ（Ｎは２以上の整数）とすると、Ｍ≧Ｎであり、ティース数を増加し、分割された各ティースブロックに属するティース数が３以上であればよい。この時、各系統の合計のティース数が同じとなるようにし、隣接するティースブロックを異なる系統のものとするようにすればよい。各系統の合計のティース数が同じというのは換言すれば、各系統のティースブロックの円周に対する分割角度の総和が等しく、３６０／Ｎ度となることを言う。
実施の形態５．
以上説明した冗長レゾルバは、車両用の電動パワーステアリング装置に適用することができる。
以下、実施の形態５に係る電動パワーステアリング装置について図を用いて説明する。
図２１は、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置２００の概略構成図である。図２１において、シャフト３１の一端には運転者が操作するステアリングホイール（図示せず）が連結されており、運転者がステアリングホイールを操舵し、そのトルクがシャフト３１に伝達される。シャフト３１はハウジング３６内のラック軸３３に連結されている。ラック軸の両端には、それぞれ前右輪用タイロッド３４ａ、前左輪用タイロッド３４ｂが連結され、前右輪用タイロッド３４ａにはナックルアーム（図示せず）を介して右輪（図示せず）が連結され、前左輪用タイロッド３４ｂにはナックルアーム（図示せず）を介して左輪（図示せず）が連結されている。運転者のステアリングホイール操作に応じて、左右の前輪が操向される。なお、ラックブーツ３５は異物が装置内に侵入しないように設けられている。
電動パワーステアリング装置２００は、運転者が行うステアリングホイール操作をアシストする。そのアシストは運転者がステアリングホイールを操舵し、操舵トルクを発生させた場合、その操舵トルクを補助する補助トルクを発生させることにより行われる。この補助トルクは、例えば永久磁石型回転電機である回転電機２１を動力源として発生させる。
運転者がステアリングホイールを操舵すると、シャフト３１に取り付けられたトルクセンサ３２によりトルクが検知される。検知されたトルクは第一系統電力供給源４２および第二系統電力供給源４３に伝達される。また、車速などの車両の情報も電気信号に変換され第一系統電力供給源４２および第二系統電力供給源４３に伝達される。第一系統電力供給源４２および第二系統電力供給源４３は検知されたトルクと車速などの車両の情報から、必要なアシストトルクを演算し、回転電機２１の制御装置４１（インバータ）を通じて回転電機２１に電流を供給する。
回転電機２１は、ラック軸３３の移動方向（矢印Ｚ）に平行な向きに配置されている。回転電機で発生したトルクはギヤボックス３７内のベルト（図示せず）及びボールネジに伝達され、ハウジング３６内部にあるラック軸３３を矢印Ｚの方向に動かす推力を発生させる。この推力により、運転者の操舵力をアシストする。回転電機による推力と運転者による操舵力により前右輪用タイロッド３４ａ及び前左輪用タイロッド３４ｂが動作し、両輪が転舵され車両を旋回させることができる。このように、回転電機のトルクによってアシストされるため、運転者は少ない操舵力で車両を旋回させることができる。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置２００においては、上記実施の形態１から４のいずれかの冗長レゾルバ１００を回転電機２１の回転角度検出用に適用した。電動パワーステアリング装置においては、回転電機が発生するコギングトルク及びトルクリップルはギヤを介して運転者に伝わるため、良好な操舵感覚を得るためにはコギングトルク及びトルクリップルが小さい方が望ましい。また、回転電機が動作するときの振動及び騒音も小さい方が望ましい。回転電機の回転角度を精度よく検知することで回転電機を円滑の制御することが可能となり、回転角度の検出精度が低い場合よりもトルクリップルの発生を抑制することが可能となる。また、振動及び騒音についても同様である。そのため、上記実施の形態１から４のいずれかの冗長レゾルバ１００を回転電機２１に搭載した本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置２００は、運転者に良好な操舵感を提供することが可能となる。
さらに、電動パワーステアリング装置が故障すると、運転者のステアリングホイール操作性が低下してしまう。しかし、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置２００は、冗長性を有する実施の形態１から４のいずれかの冗長レゾルバ１００を具備しているので、一系統が故障した場合であっても他系統で回転角度を高精度に検出することが可能であり、継続してアシスト力を出力することができる。
なお、図２１において、回転電機２１に冗長レゾルバ１００を取り付けて示したが、冗長レゾルバの本体１を回転電機に取り付け、制御装置４１は回転電機２１の外部に設けることができることは言うまでもない。
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１：レゾルバ本体、 ２：回転子、 ３：固定子、 ４、４ａ、４ｂ：巻線、 ５：角度演算部、 ６：励磁回路、 ７：制御回路、 ２１：回転電機、 ２２：シャフト、３１：シャフト、 ３２：トルクセンサ、 ３３：ラック軸、 ３４ａ：前右輪用タイロッド、 ３４ｂ：前左輪用タイロッド、 ３５：ラックブーツ、 ３６：ハウジング、 ３７：ギヤボックス、 ４１：制御装置、 ４２：第一系統電力供給源、 ４３：第二系統電力供給源、 １００：冗長レゾルバ、 １００ａ：第一系統のレゾルバ、 １００ｂ：第二系統のレゾルバ、 ２００：電動パワーステアリング装置、 Ｓａ：第一出力巻線、 Ｓｂ：第二出力巻線、 Ｒ：励磁巻線、 Ｔ：ティース、 ＷＴｉ：ティースの幅、 ＤＴｉ：空隙長。

Claims (14)

  1. Ｎx（Ｎxは自然数）個の突極を有する回転子、前記回転子と対向し周方向にＮs（Ｎsは２以上の整数）個配置されたティースを有する固定子、前記ティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線、を有するレゾルバ本体と、
    前記励磁巻線に電力を供給する励磁回路と、
    前記２相の出力巻線からの信号を基に前記回転子の取り付けられた回転体の回転角度を演算する角度演算部と、を備えた冗長レゾルバであって、
    前記固定子は、周方向にＭ個に分割されて、Ｍ個のティースブロックを構成し、前記Ｍ個のティースブロックを基にＮ（Ｎは２以上の整数、かつＭ≧Ｎ）系統の冗長系統を構成し、前記系統のそれぞれの分割角度の総和が３６０／Ｎ度であり、
    前記励磁回路及び前記角度演算部は前記系統ごとに互いに独立して設けられ、
    前記各ティースブロックにおいて、前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースは前記励磁巻線及び前記２相の出力巻線のうち少なくとも１相の出力巻線を有するとともに、巻回された前記励磁巻線の巻数を両端に位置しない前記ティースに巻回された前記励磁巻線の巻数よりも少なくした冗長レゾルバ。
  2. 前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースに巻回された前記励磁巻線の巻数の、両端に位置しない前記ティースに巻回された前記励磁巻線の巻数に対する割合をＡとするとき、２/７＜Ａ＜１である請求項１に記載の冗長レゾルバ。
  3. 前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースに巻回された前記励磁巻線の巻数の、両端に位置しない前記ティースに巻回された前記励磁巻線の巻数に対する割合をＡとするとき、Ａ＝２/３である請求項２に記載の冗長レゾルバ。
  4. 前記各ティースブロックにおいて、前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースの幅を両端に位置しない前記ティースの幅よりも小さくした請求項１に記載の冗長レゾルバ。
  5. Ｎx（Ｎxは自然数）個の突極を有する回転子、前記回転子と対向し周方向にＮs（Ｎsは２以上の整数）個配置されたティースを有する固定子、前記ティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線、を有するレゾルバ本体と、
    前記励磁巻線に電力を供給する励磁回路と、
    前記２相の出力巻線からの信号を基に前記回転子の取り付けられた回転体の回転角度を演算する角度演算部と、を備えた冗長レゾルバであって、
    前記固定子は、周方向にＭ個に分割されて、Ｍ個のティースブロックを構成し、前記Ｍ個のティースブロックを基にＮ（Ｎは２以上の整数、かつＭ≧Ｎ）系統の冗長系統を構成し、前記系統のそれぞれの分割角度の総和が３６０／Ｎ度であり、
    前記励磁回路及び前記角度演算部は前記系統ごとに互いに独立して設けられ、
    前記各ティースブロックにおいて、前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースは前記励磁巻線及び前記２相の出力巻線のうち少なくとも１相の出力巻線を有するとともに、前記ティースの幅を両端に位置しない前記ティースの幅よりも小さくした冗長レゾルバ。
  6. 前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースの幅の、両端に位置しない前記ティースの幅に対する割合をＢとするとき、７/９＜Ｂ＜１である請求項５に記載の冗長レゾルバ。
  7. 前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースの幅の、両端に位置しない前記ティースの幅に対する割合をＢとするとき、Ｂ＝５/６である請求項６に記載の冗長レゾルバ。
  8. 前記各ティースブロックにおいて、前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースと前記回転子との空隙長を、両端に位置しない前記ティースと前記回転子との空隙長よりも大きくした請求項１または５に記載の冗長レゾルバ。
  9. Ｎx（Ｎxは自然数）個の突極を有する回転子、前記回転子と対向し周方向にＮs（Ｎsは２以上の整数）個配置されたティースを有する固定子、前記ティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線、を有するレゾルバ本体と、
    前記励磁巻線に電力を供給する励磁回路と、
    前記２相の出力巻線からの信号を基に前記回転子の取り付けられた回転体の回転角度を演算する角度演算部と、を備えた冗長レゾルバであって、
    前記固定子は、周方向にＭ個に分割されて、Ｍ個のティースブロックを構成し、前記Ｍ個のティースブロックを基にＮ（Ｎは２以上の整数、かつＭ≧Ｎ）系統の冗長系統を構成し、前記系統のそれぞれの分割角度の総和が３６０／Ｎ度であり、
    前記励磁回路及び前記角度演算部は前記系統ごとに互いに独立して設けられ、
    前記各ティースブロックにおいて、前記ティースブロックの両端に位置する前記ティースは前記励磁巻線及び前記２相の出力巻線のうち少なくとも１相の出力巻線を有するとともに、前記ティースと前記回転子との空隙長を、両端に位置しない前記ティースと前記回転子との空隙長よりも大きくした冗長レゾルバ。
  10. 前記励磁回路は前記系統ごとに互いに異なる励磁周波数で前記励磁巻線に電力を供給する請求項１から９のいずれか１項に記載の冗長レゾルバ。
  11. 系統ごとに設けられた前記角度演算部は、他系統の励磁信号成分を除去する請求項１から１０のいずれか１項に記載の冗長レゾルバ。
  12. Ｍ＝２、Ｎ＝２であり、前記固定子を２分割して、２系統とした請求項１から１１のいずれか１項に記載の冗長レゾルバ。
  13. Ｍ＝４、Ｎ＝２であり、前記固定子を周方向に４分割して、２系統とし、同じ前記系統のティースブロックが対向して配置するようにした請求項１から１１のいずれか１項に記載の冗長レゾルバ。
  14. 車両の操舵トルクを補助する補助トルク発生用の回転電機を備えた電動パワーステアリング装置であって、請求項１から１３のいずれか１項に記載の冗長レゾルバを搭載した電動パワーステアリング装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7209877B2 (ja) * 2020-02-06 2023-01-20 三菱電機株式会社 角度検出装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222435A (ja) 2008-03-13 2009-10-01 Toyota Motor Corp レゾルバ
JP2009300238A (ja) 2008-06-12 2009-12-24 Toyota Motor Corp 可変リラクタンス型レゾルバ
JP2013053890A (ja) 2011-09-02 2013-03-21 Japan Aviation Electronics Industry Ltd バリアブルリラクタンス型レゾルバ及び回転角検出装置
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4147930B2 (ja) 2002-12-18 2008-09-10 株式会社デンソー 蒸気圧縮式冷凍機
JP5090847B2 (ja) * 2007-10-17 2012-12-05 ミネベア株式会社 計測装置、信号処理方法およびプログラム
EP3324523A1 (en) * 2016-11-22 2018-05-23 Tyco Electronics Belgium EC BVBA Variable reluctance type angle sensor with partial stator core

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222435A (ja) 2008-03-13 2009-10-01 Toyota Motor Corp レゾルバ
JP2009300238A (ja) 2008-06-12 2009-12-24 Toyota Motor Corp 可変リラクタンス型レゾルバ
JP2013053890A (ja) 2011-09-02 2013-03-21 Japan Aviation Electronics Industry Ltd バリアブルリラクタンス型レゾルバ及び回転角検出装置
JP2018185221A (ja) 2017-04-26 2018-11-22 三菱電機株式会社 高精度分割型回転角度検出装置
WO2019123592A1 (ja) 2017-12-21 2019-06-27 三菱電機株式会社 冗長型レゾルバ、およびそれを用いた回転角度検出装置

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