JPWO2011158415A1 - 回転検出器用ステータの巻線方法とその構造及び回転検出器を有する電動機 - Google Patents

Abstract

出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）を分割比αによって巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線（１ａ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線（１ｂ）に分割する。最下層に出力巻線（１ａ）を全スロットに連続して巻き回し、その上に重ねて９０度位相が異なる出力巻線（２）を全スロットに連続して巻き回し、その上に出力巻線（１ｂ）を全スロットに連続して巻き回して構成されている。これにより、出力巻線と出力巻線（２）の鎖交磁束に対する寄与度を均一化させ、検出角度の精度を向上させることができる。

Description

本発明は、回転検出器用ステータの巻線方法とその構造及び回転検出器を有する電動機に関するものである。

従来の回転検出器用ステータの巻線方法としては、特許文献１に記載されているものがあった。図９は特許文献１に記載のステータの巻線方法の構成図を示している。すなわち、複数の磁極によって形成された複数のスロットに出力巻線１０１と出力巻線１０１とは位相の異なる出力巻線１０２が巻き回されている。出力巻線１０１はスロットに対して１スロット置きに巻き回されている。出力巻線１０１の上に重ねて出力巻線１０２がスロット全てに巻き回されている。出力巻線１０２の上に重ねて出力巻線１０１が最下層で巻き回されていない残りのスロットに巻き回される構成となっている。すなわち、各スロットの巻線断面を見ると、隣り合うスロットで出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻き回し順番が交互に入れ替わっている構成となっている。図９において、従来の回転検出器用ステータは、ステータコア１０３を備えている。

これにより、出力巻線１０１と出力巻線１０２を非整列に配置することでき、出力巻線１０１によって出力される出力信号Ａと出力巻線１０２によって出力される出力信号Ｂのバラツキを低減し回転角度の検出精度を向上させることができた。

しかしながら、特許文献１に記載の巻線方法では、以上のように構成されていたため、次のような問題が発生していた。

すなわち、この種の回転検出器は原理的に回転角度に応じて出力信号の振幅値を変化させる必要があるため、出力巻線は各スロットに対して巻数を正弦波状に変化させる必要がある。これにより、出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度は各スロットによって異なるため、特許文献１に記載の巻線方法では出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度のアンバランスを調整するには限界がある。

すなわち、出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻数が各スロットで一定の場合は、出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻き回し順番を隣り合うスロットで交互に入れ替えることで、出力巻線１０１と出力巻線１０２の鎖交磁束に対する寄与度は一定となり出力信号のバラツキは低減する。しかしながら、本発明で取り扱う回転検出器は、上記の通り各スロットの出力巻線の巻数を正弦波状に構成する必要があるため、出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻き回す順番を隣り合うスロットで交互に入れ替えるだけでは、各スロットで巻数が異なるために出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度を一定にすることは困難となる。

特許第３６８１１６７号公報

本発明の回転検出器用ステータの巻線方法は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、磁極によって形成されたスロットに巻き回されている第１出力巻線と第１出力巻線に対して９０度位相が異なる第２出力巻線が巻き回されている。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）及び第２出力巻線の巻数Ｎ２（ｓ）はスロットに対して正弦波状に分布している。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）は分割比αにて巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されている。最下層に巻数Ｎ１ａ（ｓ）の下層第１出力巻線を全スロットに連続して巻き回し、下層第１出力巻線の上に重ねて第２出力巻線を全スロットに連続して巻き回している。第２出力巻線の上に巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の上層第１出力巻線を全スロットに連続して巻き回す。

また本発明の回転検出器用ステータの巻線構造は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、磁極によって形成されたスロットに巻き回されている第１出力巻線と第１出力巻線に対して９０度位相が異なる第２出力巻線が巻き回されている。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）及び第２出力巻線の巻数Ｎ２（ｓ）はスロットに対して正弦波状に分布している。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）は分割比αにて巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されている。最下層に全スロットに連続して巻き回した巻数Ｎ１ａ（ｓ）の下層第１出力巻線と、下層第１出力巻線の上に重ねて全スロットに連続して巻き回した第２出力巻線と、第２出力巻線の上に全スロットに連続して巻き回した巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の上層第１出力巻線を有する。

また本発明の電動機は、上記巻線方法を用いた回転検出器を有する。

本発明によれば、第１出力巻線を任意の分割比αで分割して巻き回すことで、第１出力巻線と第２出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度を調整し、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができる。従って、出力信号Ａと出力信号Ｂによって生成される角度信号のバラツキを低減することができ、検出角度の精度を向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの全体図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻数分布図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの巻線方法の構成図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻線断面図である。 図５は、従来技術と本発明の実施の形態１に係る回転検出器の角度精度の比較図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る電動機の断面を示した構造図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻線断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻線断面図である。 図９は、従来の回転検出器用ステータの巻線方法の構成図である。

以下、本発明の回転検出器用ステータの巻線方法を好適な実施の形態を示しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータを示している。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータは、ステータコア３と、巻線（図示せず）と、インシュレータ６とを備える。ステータコア３は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極４を備える。巻線は、磁極により形成されたスロット５に巻き回される。インシュレータ６は、ステータコア３を軸方向両端面から覆うように設置され、ステータコア３と巻線とを電気的に絶縁する。また、図１では巻線を省略しているが、巻線は回転角度に応じて正弦波状の出力信号Ａを発生させる出力巻線１（第１出力巻線）と出力信号Ａに対して９０度位相がずれた正弦波状の出力信号Ｂを発生させる出力巻線２（第２出力巻線）から構成される。出力巻線１及び出力巻線２は出力信号Ａ及び出力信号Ｂを発生させるように各スロットに対して巻数が正弦波状に分布している。図２に出力巻線の巻数分布を示す。ただし、図２に示す巻数分布は一例であり、出力巻線１と出力巻線２の位相が９０°ずれていればよい。

図３は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの巻線方法の構成図を示している。図３に示すように、出力巻線１は各スロットに対して正弦波状に分布している巻数Ｎ１（ｓ）が一定の分割比αによって、巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線１ａ（下層第１出力巻線）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線１ｂ（上層第１出力巻線）に分割されている。最下層に巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線１ａが全スロットに連続して巻き回され、その上に重ねて出力巻線２が全スロットに連続して巻き回されている。出力巻線２の上に重ねて巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線１ｂが全スロットに連続して巻き回される。また、出力巻線１ａの巻き終わりと出力巻線１ｂの巻き始めは電気的に接続されている。

図４は、図１の４―４面の断面図である。図４に示すように、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、ステータコア３に対して出力巻線２の上層と下層に出力巻線１が位置しており、出力巻線１が出力巻線２を挟み込むような構成となる。

これにより、分割比αを調整することで出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度と巻線のインピーダンスを調整することが可能となる。これにより、出力信号１と出力信号２のバラツキを低減させることで回転角度の検出精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態１の効果を確認するための検討を行った結果を説明する。

特許文献１に記載の従来技術の巻線方法と、本発明の実施の形態１に係る巻線方法の角度精度を比較した。また、それぞれの巻線方法について、ステータコアのスロット数と各スロットに巻き回される出力巻線１と出力巻線２の巻数は同一とする。図５は、従来技術の巻線方法と本発明の巻線方法の角度精度の比較図である。本発明の巻線方法は、従来技術の巻線方法に対して角度精度誤差を１４％低減できることが確認できる。これにより、本発明の実施の形態１に係る巻線方法により、回転検出器の角度精度を向上できることが分かった。

さらに、分割比αをスロット毎に個別に調整することで、検出角度の誤差が大きいスロットの鎖交磁束に対する寄与度のみを調整することができる。これにより、スロット１周に渡り鎖交磁束に対する寄与度を詳細に調整することができる。その結果、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを改善することができ、検出角度の精度が向上できる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る電動機の断面を示した構造図である。本実施の形態の電動機は、固定子として図１に示した回転検出器用ステータを使用したものである。本実施の形態では、電気機器としてのＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用サーボモータである電動機の一例を挙げて説明する。また、本実施の形態では、回転子が固定子の内周側に回転自在に配置されたインナーロータ型の電動機の例を挙げて説明する。

図６において、固定子鉄心３４には、固定子鉄心３４を絶縁する樹脂であるインシュレータ３６が介在して、出力巻線としての固定子巻線３５が巻装されている。そして、このような固定子鉄心３４は、他の固定部材とともにフレーム３３に焼きばめ等によって固定されている。本実施の形態では、これらの部材をこのように焼きばめ等によって固定することにより、外形が概略四角形状をなす固定子（モータ）１０が構成されている。

固定子１０の内側には、空隙を介して回転子１４が挿入されている。回転子１４は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転体３０と、回転体３０の中央を貫通するようにして回転体３０を締結したシャフト３７とを有している。回転子鉄心３１は、固定子１０の内周側に対向して周方向に複数の永久磁石を保持している。図６では、回転子鉄心３１と永久磁石３２とが接着固定された構成例を示している。このように、固定子１０の内周側と回転体３０の外周側とが対向するように配置されている。

回転子１４のシャフト３７には、シャフト３７を支持する２つの軸受１５が取り付けられている。軸受１５は、複数の鉄ボールを有した円筒形状のベアリングであり、軸受１５の内輪側がシャフト３７に固定されている。図６では、シャフト３７がブラシレスモータ本体から突出した側となる出力軸側において、軸受１５ａがシャフト３７を支持し、その反対側において、軸受１５ｂがシャフト３７を支持している。そして、出力軸側の軸受１５ａは、導電性を有した金属製のブラケット１７ａにより、その外輪側が固定されている。また、反出力軸側の軸受１５ｂは、導電性を有した金属製のブラケット１７ｂにより、その外輪側が固定されている。以上のような構成により、シャフト３７が２つの軸受１５に支承され、回転子１４が回転自在に回転する。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る出力巻線の巻線断面図を示している。図７に示すように、本発明の実施の形態２に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、出力巻線１１（第１出力巻線）の巻数Ｎ１１（ｓ）及び出力巻線１２（第２出力巻線）の巻数Ｎ１２（ｓ）がそれぞれ各スロットに対して正弦波状に分布している。巻数Ｎ１１（ｓ）は分割比αによって巻数Ｎ１１ａ（ｓ）の出力巻線１１ａ（下層第１出力巻線）と巻数Ｎ１１ｂ（ｓ）の出力巻線１１ｂ（上層第１出力巻線）に分割されており、かつ巻数Ｎ１１ａ（ｓ）が巻数Ｎ１１ｂ（ｓ）より多い。さらに、各スロットには最下層に巻数Ｎ１１ａ（ｓ）の出力巻線１１ａが全スロットに連続して巻き回される。巻線１１ａの上に重ねて出力巻線１２が全スロットに連続して巻き回される。出力巻線１２の上に重ねて巻数Ｎ１１ｂ（ｓ）の出力巻線１１ｂが全スロットに連続して巻き回される。また、出力巻線１１ａの巻き終わりと出力巻線１１ｂの巻き始めは電気的に接続されている。本実施の形態の回転検出器用ステータは、さらにステータコア１３及びインシュレータ１６を備えている。

これにより、出力巻線１１に対して出力巻線１２の鎖交磁束に対する寄与度が大きい場合、出力巻線１１を１層目に多く巻き回すことで出力巻線１１ａの鎖交磁束に対する寄与度を低減させ、出力巻線１１と出力巻線１２の鎖交磁束に対する寄与度を均一化することができる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減させることで、回転角度の検出精度を向上することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る出力巻線の巻線断面図を示している。図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、出力巻線２１（第１出力巻線）の巻数Ｎ２１（ｓ）及び出力巻線２２（第２出力巻線）の巻数Ｎ２２（ｓ）がそれぞれ各スロットに対して正弦波状に分布している。巻数Ｎ２１（ｓ）は分割比αによって巻数Ｎ２１ａ（ｓ）の出力巻線２１ａ（下層第１出力巻線）と巻数Ｎ２１ｂ（ｓ）の出力巻線２１ｂ（上層第１出力巻線）に分割されており、かつ巻数Ｎ２１ａ（ｓ）が巻数Ｎ２１ｂ（ｓ）より少ない。さらに、各スロットには最下層に巻数Ｎ２１ａ（ｓ）の出力巻線２１ａが全スロットに連続して巻き回される。出力巻線２１ａの上に重ねて出力巻線２２が全スロットに連続して巻き回される。出力巻線２２の上に重ねて巻数Ｎ２１ｂ（ｓ）の出力巻線２１ｂが全スロットに連続して巻き回される。また、出力巻線２１ａの巻き終わりと出力巻線２１ｂの巻き始めは電気的に接続されている。本実施の形態の回転検出器用ステータは、さらにステータコア２３及びインシュレータ２６を備えている。

これにより、出力巻線２２に対して出力巻線２１の鎖交磁束に対する寄与度が大きい場合、出力巻線２１を３層目に多く巻き回すことで出力巻線２１ａの鎖交磁束に対する寄与度を低減させ、出力巻線２１と出力巻線２２の鎖交磁束に対する寄与度を均一化することができる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減させることで、回転角度の検出精度を向上することができる。

上記の実施の形態１、２、３は例示に過ぎず、本発明はこれらに限定されず、適宜変更することができる。

例えば、実施の形態１、２、３の回転検出器用ステータは、複数のステータティース（突極）がステータコアの内周面側に設けられたインナーロータ型であったが、本発明の回転検出器用ステータはこれに限定されず、複数のステータティースがステータコアの外周面側に設けられたアウターロータ型であってもよい。

また、ステータコアに設けられるステータティースの数は、実施の形態１、２、３に示した１２個に限定されず、これより多くても少なくてもよい。

さらに、実施の形態１、２、３の回転検出器用ステータは、出力巻線のみを巻き回していたが、出力巻線の下層に励磁信号を発生させる励磁巻線を巻き回してもよい。

以上説明したように、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、磁極によって形成されたスロットに巻き回されている出力巻線１と出力巻線１に対して９０度位相が異なる出力巻線２が巻き回されている。出力巻線１の巻数Ｎ１（ｓ）と出力巻線２の巻数Ｎ２（ｓ）はスロットに対してそれぞれ正弦波状に分布している。出力巻線１は分割比αによって巻数Ｎ１（ｓ）が巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されている。各スロットには最下層に巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線１ａが隣り合うスロット同士連続して巻き回されている。出力巻線１ａの上に重ねて出力巻線２が隣り合うスロット同士連続して巻き回されている。出力巻線２の上に重ねて巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線１ｂが隣り合うスロット同士連続して巻き回される。

これにより、分割比αを調整することで磁極内を流れる磁束と出力巻線１及び出力巻線２の距離を調整することができ、出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度を調整することができる。このため、出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度をスロット全周に渡って均一化することができ、出力巻線１によって発生する出力信号Ａと出力巻線２によって発生する出力信号Ｂのバラツキを低減することができる。これにより、検出角度の精度が向上できる。

また、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、分割比αはスロット毎に異なっていることが好ましい。

本発明に係る回転検出器は、検出原理上、コアの加工精度と組立精度、巻線バラツキによって回転角に対して検出精度がばらつく。このため、スロット毎に分割比を変更することで、出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度を詳細に調整することができる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができ、検出角度の精度が向上できる。

また、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、巻数Ｎ１ａ（ｓ）の方が巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より多くなるように出力巻線１が巻き回されたことが好ましい。

出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度に対して出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度が小さい場合、巻数Ｎ１ａ（ｓ）を巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より多くなるように出力巻線１を巻き回すことで、出力巻線１をティースに近い位置に多く巻き回すことができる。これにより、出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度は出力巻線２の寄与度に対して相対的に大きくなり、出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度とのバランスを調整することができる。このため、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができ、検出角度の精度が向上できる。

また、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、巻数Ｎ１ａ（ｓ）の方が巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より少なくなるように出力巻線１が巻き回されたことが好ましい。

出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度に対して出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度が大きい場合、巻数Ｎ１ａ（ｓ）のほうが巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より少なくなるように出力巻線１を巻き回すことで、出力巻線１をティースから遠い位置に多く巻き回すことができる。これにより、出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度は出力巻線２の寄与度に対して相対的に小さくなり、出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度とのバランスを調整することができる。このため、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができ、検出角度の精度が向上できる。

本発明によれば、出力信号のバラツキが低減された回転検出器用ステータを提供できる。従って、本発明の回転検出器用ステータを例えば回転検出器として各種電気機器に搭載することができる。例えば、本発明の回転検出器用ステータを、モータの回転軸の回転角度を検出するレゾルバとして利用することができる。

１，１１，２１，１０１ 第１出力巻線
２，１２，２２，１０２ 第２出力巻線
１ａ，１１ａ，２１ａ 下層第１巻線
１ｂ，１１ｂ，２１ｂ 上層第１巻線
３，１３，２３，１０３ ステータコア
４ 磁極（ステータティース）
５ スロット
６，１６，２６，３６ インシュレータ
１０ 固定子（モータ）
１４ 回転子（モータ）
１５，１５ａ，１５ｂ 軸受
１７，１７ａ，１７ｂ ブラケット
２０ 固定子（回転検出器）
２４ 回転子（回転検出器）
３０ 回転体
３１ 回転子鉄心
３２ 磁石
３３ フレーム
３４ 固定子鉄心
３５ 固定子巻線
３７ シャフト

本発明は、回転検出器用ステータの巻線方法とその構造及び回転検出器を有する電動機に関するものである。

従来の回転検出器用ステータの巻線方法としては、特許文献１に記載されているものがあった。図９は特許文献１に記載のステータの巻線方法の構成図を示している。すなわち、複数の磁極によって形成された複数のスロットに出力巻線１０１と出力巻線１０１とは位相の異なる出力巻線１０２が巻き回されている。出力巻線１０１はスロットに対して１スロット置きに巻き回されている。出力巻線１０１の上に重ねて出力巻線１０２がスロット全てに巻き回されている。出力巻線１０２の上に重ねて出力巻線１０１が最下層で巻き回されていない残りのスロットに巻き回される構成となっている。すなわち、各スロットの巻線断面を見ると、隣り合うスロットで出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻き回し順番が交互に入れ替わっている構成となっている。図９において、従来の回転検出器用ステータは、ステータコア１０３を備えている。

これにより、出力巻線１０１と出力巻線１０２を非整列に配置することができ、出力巻線１０１によって出力される出力信号Ａと出力巻線１０２によって出力される出力信号Ｂのバラツキを低減し回転角度の検出精度を向上させることができた。

しかしながら、特許文献１に記載の巻線方法では、以上のように構成されていたため、次のような問題が発生していた。

すなわち、この種の回転検出器は原理的に回転角度に応じて出力信号の振幅値を変化させる必要があるため、出力巻線は各スロットに対して巻数を正弦波状に変化させる必要がある。これにより、出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度は各スロットによって異なるため、特許文献１に記載の巻線方法では出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度のアンバランスを調整するには限界がある。

すなわち、出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻数が各スロットで一定の場合は、出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻き回し順番を隣り合うスロットで交互に入れ替えることで、出力巻線１０１と出力巻線１０２の鎖交磁束に対する寄与度は一定となり出力信号のバラツキは低減する。しかしながら、本発明で取り扱う回転検出器は、上記の通り各スロットの出力巻線の巻数を正弦波状に構成する必要があるため、出力巻線１０１と出力巻線１０２の巻き回す順番を隣り合うスロットで交互に入れ替えるだけでは、各スロットで巻数が異なるために出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度を一定にすることは困難となる。

特許第３６８１１６７号公報

本発明の回転検出器用ステータの巻線方法は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、磁極によって形成されたスロットに巻き回されている第１出力巻線と第１出力巻線に対して９０度位相が異なる第２出力巻線が巻き回されている。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）及び第２出力巻線の巻数Ｎ２（ｓ）はスロットに対して正弦波状に分布している。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）は分割比αにて巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されている。最下層に巻数Ｎ１ａ（ｓ）の下層第１出力巻線を全スロットに連続して巻き回し、下層第１出力巻線の上に重ねて第２出力巻線を全スロットに連続して巻き回している。第２出力巻線の上に巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の上層第１出力巻線を全スロットに連続して巻き回す。

また本発明の回転検出器用ステータの巻線構造は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、磁極によって形成されたスロットに巻き回されている第１出力巻線と第１出力巻線に対して９０度位相が異なる第２出力巻線が巻き回されている。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）及び第２出力巻線の巻数Ｎ２（ｓ）はスロットに対して正弦波状に分布している。第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）は分割比αにて巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されている。最下層に全スロットに連続して巻き回した巻数Ｎ１ａ（ｓ）の下層第１出力巻線と、下層第１出力巻線の上に重ねて全スロットに連続して巻き回した第２出力巻線と、第２出力巻線の上に全スロットに連続して巻き回した巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の上層第１出力巻線を有する。

また本発明の電動機は、上記巻線方法を用いた回転検出器を有する。

本発明によれば、第１出力巻線を任意の分割比αで分割して巻き回すことで、第１出力巻線と第２出力巻線の鎖交磁束に対する寄与度を調整し、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができる。従って、出力信号Ａと出力信号Ｂによって生成される角度信号のバラツキを低減することができ、検出角度の精度を向上することができる。

本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの全体図 本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻数分布図 本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの巻線方法の構成図 本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻線断面図 従来技術と本発明の実施の形態１に係る回転検出器の角度精度の比較図 本発明の実施の形態１に係る電動機の断面を示した構造図 本発明の実施の形態２に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻線断面図 本発明の実施の形態３に係る回転検出器用ステータの出力巻線の巻線断面図 従来の回転検出器用ステータの巻線方法の構成図

以下、本発明の回転検出器用ステータの巻線方法を好適な実施の形態を示しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータを示している。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータは、ステータコア３と、巻線（図示せず）と、インシュレータ６とを備える。ステータコア３は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極４を備える。巻線は、磁極により形成されたスロット５に巻き回される。インシュレータ６は、ステータコア３を軸方向両端面から覆うように設置され、ステータコア３と巻線とを電気的に絶縁する。また、図１では巻線を省略しているが、巻線は回転角度に応じて正弦波状の出力信号Ａを発生させる出力巻線１（第１出力巻線）と出力信号Ａに対して９０度位相がずれた正弦波状の出力信号Ｂを発生させる出力巻線２（第２出力巻線）から構成される。出力巻線１及び出力巻線２は出力信号Ａ及び出力信号Ｂを発生させるように各スロットに対して巻数が正弦波状に分布している。図２に出力巻線の巻数分布を示す。ただし、図２に示す巻数分布は一例であり、出力巻線１と出力巻線２の位相が９０°ずれていればよい。

図３は、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの巻線方法の構成図を示している。図３に示すように、出力巻線１は各スロットに対して正弦波状に分布している巻数Ｎ１（ｓ）が一定の分割比αによって、巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線１ａ（下層第１出力巻線）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線１ｂ（上層第１出力巻線）に分割されている。最下層に巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線１ａが全スロットに連続して巻き回され、その上に重ねて出力巻線２が全スロットに連続して巻き回されている。出力巻線２の上に重ねて巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線１ｂが全スロットに連続して巻き回される。また、出力巻線１ａの巻き終わりと出力巻線１ｂの巻き始めは電気的に接続されている。

図４は、図１の４―４面の断面図である。図４に示すように、本発明の実施の形態１に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、ステータコア３に対して出力巻線２の上層と下層に出力巻線１が位置しており、出力巻線１が出力巻線２を挟み込むような構成となる。

これにより、分割比αを調整することで出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度と巻線のインピーダンスを調整することが可能となる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減させることで回転角度の検出精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態１の効果を確認するための検討を行った結果を説明する。

特許文献１に記載の従来技術の巻線方法と、本発明の実施の形態１に係る巻線方法の角度精度を比較した。また、それぞれの巻線方法について、ステータコアのスロット数と各スロットに巻き回される出力巻線１と出力巻線２の巻数は同一とする。図５は、従来技術の巻線方法と本発明の巻線方法の角度精度の比較図である。本発明の巻線方法は、従来技術の巻線方法に対して角度精度誤差を１４％低減できることが確認できる。これにより、本発明の実施の形態１に係る巻線方法により、回転検出器の角度精度を向上できることが分かった。

さらに、分割比αをスロット毎に個別に調整することで、検出角度の誤差が大きいスロットの鎖交磁束に対する寄与度のみを調整することができる。これにより、スロット１周に渡り鎖交磁束に対する寄与度を詳細に調整することができる。その結果、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを改善することができ、検出角度の精度が向上できる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る電動機の断面を示した構造図である。本実施の形態の電動機は、固定子として図１に示した回転検出器用ステータを使用したものである。本実施の形態では、電気機器としてのＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用サーボモータである電動機の一例を挙げて説明する。また、本実施の形態では、回転子が固定子の内周側に回転自在に配置されたインナーロータ型の電動機の例を挙げて説明する。

図６において、固定子鉄心３４には、固定子鉄心３４を絶縁する樹脂であるインシュレータ３６が介在して、出力巻線としての固定子巻線３５が巻装されている。そして、このような固定子鉄心３４は、他の固定部材とともにフレーム３３に焼きばめ等によって固定されている。本実施の形態では、これらの部材をこのように焼きばめ等によって固定することにより、外形が概略四角形状をなす固定子（モータ）１０が構成されている。

固定子１０の内側には、空隙を介して回転子１４が挿入されている。回転子１４は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転体３０と、回転体３０の中央を貫通するようにして回転体３０を締結したシャフト３７とを有している。回転子鉄心３１は、固定子１０の内周側に対向して周方向に複数の永久磁石を保持している。図６では、回転子鉄心３１と永久磁石３２とが接着固定された構成例を示している。このように、固定子１０の内周側と回転体３０の外周側とが対向するように配置されている。

回転子１４のシャフト３７には、シャフト３７を支持する２つの軸受１５が取り付けられている。軸受１５は、複数の鉄ボールを有した円筒形状のベアリングであり、軸受１５の内輪側がシャフト３７に固定されている。図６では、シャフト３７がブラシレスモータ本体から突出した側となる出力軸側において、軸受１５ａがシャフト３７を支持し、その反対側において、軸受１５ｂがシャフト３７を支持している。そして、出力軸側の軸受１５ａは、導電性を有した金属製のブラケット１７ａにより、その外輪側が固定されている。また、反出力軸側の軸受１５ｂは、導電性を有した金属製のブラケット１７ｂにより、その外輪側が固定されている。以上のような構成により、シャフト３７が２つの軸受１５に支承され、回転子１４が回転自在に回転する。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る出力巻線の巻線断面図を示している。図７に示すように、本発明の実施の形態２に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、出力巻線１１（第１出力巻線）の巻数Ｎ１１（ｓ）及び出力巻線１２（第２出力巻線）の巻数Ｎ１２（ｓ）がそれぞれ各スロットに対して正弦波状に分布している。巻数Ｎ１１（ｓ）は分割比αによって巻数Ｎ１１ａ（ｓ）の出力巻線１１ａ（下層第１出力巻線）と巻数Ｎ１１ｂ（ｓ）の出力巻線１１ｂ（上層第１出力巻線）に分割されており、かつ巻数Ｎ１１ａ（ｓ）が巻数Ｎ１１ｂ（ｓ）より多い。さらに、各スロットには最下層に巻数Ｎ１１ａ（ｓ）の出力巻線１１ａが全スロットに連続して巻き回される。巻線１１ａの上に重ねて出力巻線１２が全スロットに連続して巻き回される。出力巻線１２の上に重ねて巻数Ｎ１１ｂ（ｓ）の出力巻線１１ｂが全スロットに連続して巻き回される。また、出力巻線１１ａの巻き終わりと出力巻線１１ｂの巻き始めは電気的に接続されている。本実施の形態の回転検出器用ステータは、さらにステータコア１３及びインシュレータ１６を備えている。

これにより、出力巻線１１に対して出力巻線１２の鎖交磁束に対する寄与度が大きい場合、出力巻線１１を１層目に多く巻き回すことで出力巻線１１ａの鎖交磁束に対する寄与度を増大させ、出力巻線１１と出力巻線１２の鎖交磁束に対する寄与度を均一化することができる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減させることで、回転角度の検出精度を向上することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る出力巻線の巻線断面図を示している。図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、出力巻線２１（第１出力巻線）の巻数Ｎ２１（ｓ）及び出力巻線２２（第２出力巻線）の巻数Ｎ２２（ｓ）がそれぞれ各スロットに対して正弦波状に分布している。巻数Ｎ２１（ｓ）は分割比αによって巻数Ｎ２１ａ（ｓ）の出力巻線２１ａ（下層第１出力巻線）と巻数Ｎ２１ｂ（ｓ）の出力巻線２１ｂ（上層第１出力巻線）に分割されており、かつ巻数Ｎ２１ａ（ｓ）が巻数Ｎ２１ｂ（ｓ）より少ない。さらに、各スロットには最下層に巻数Ｎ２１ａ（ｓ）の出力巻線２１ａが全スロットに連続して巻き回される。出力巻線２１ａの上に重ねて出力巻線２２が全スロットに連続して巻き回される。出力巻線２２の上に重ねて巻数Ｎ２１ｂ（ｓ）の出力巻線２１ｂが全スロットに連続して巻き回される。また、出力巻線２１ａの巻き終わりと出力巻線２１ｂの巻き始めは電気的に接続されている。本実施の形態の回転検出器用ステータは、さらにステータコア２３及びインシュレータ２６を備えている。

これにより、出力巻線２２に対して出力巻線２１の鎖交磁束に対する寄与度が大きい場合、出力巻線２１を３層目に多く巻き回すことで出力巻線２１ａの鎖交磁束に対する寄与度を低減させ、出力巻線２１と出力巻線２２の鎖交磁束に対する寄与度を均一化することができる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減させることで、回転角度の検出精度を向上することができる。

上記の実施の形態１、２、３は例示に過ぎず、本発明はこれらに限定されず、適宜変更することができる。

例えば、実施の形態１、２、３の回転検出器用ステータは、複数のステータティース（突極）がステータコアの内周面側に設けられたインナーロータ型であったが、本発明の回転検出器用ステータはこれに限定されず、複数のステータティースがステータコアの外周面側に設けられたアウターロータ型であってもよい。

また、ステータコアに設けられるステータティースの数は、実施の形態１、２、３に示した１２個に限定されず、これより多くても少なくてもよい。

さらに、実施の形態１、２、３の回転検出器用ステータは、出力巻線のみを巻き回していたが、出力巻線の下層に励磁信号を発生させる励磁巻線を巻き回してもよい。

以上説明したように、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、磁極によって形成されたスロットに巻き回されている出力巻線１と出力巻線１に対して９０度位相が異なる出力巻線２が巻き回されている。出力巻線１の巻数Ｎ１（ｓ）と出力巻線２の巻数Ｎ２（ｓ）はスロットに対してそれぞれ正弦波状に分布している。出力巻線１は分割比αによって巻数Ｎ１（ｓ）が巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されている。各スロットには最下層に巻数Ｎ１ａ（ｓ）の出力巻線１ａが隣り合うスロット同士連続して巻き回されている。出力巻線１ａの上に重ねて出力巻線２が隣り合うスロット同士連続して巻き回されている。出力巻線２の上に重ねて巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の出力巻線１ｂが隣り合うスロット同士連続して巻き回される。

これにより、分割比αを調整することで磁極内を流れる磁束と出力巻線１及び出力巻線２の距離を調整することができ、出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度を調整することができる。このため、出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度をスロット全周に渡って均一化することができ、出力巻線１によって発生する出力信号Ａと出力巻線２によって発生する出力信号Ｂのバラツキを低減することができる。これにより、検出角度の精度が向上できる。

また、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、分割比αはスロット毎に異なっていることが好ましい。

本発明に係る回転検出器は、検出原理上、コアの加工精度と組立精度、巻線バラツキによって回転角に対して検出精度がばらつく。このため、スロット毎に分割比を変更することで、出力巻線１と出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度を詳細に調整することができる。これにより、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができ、検出角度の精度が向上できる。

また、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、巻数Ｎ１ａ（ｓ）の方が巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より多くなるように出力巻線１が巻き回されたことが好ましい。

出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度に対して出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度が小さい場合、巻数Ｎ１ａ（ｓ）を巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より多くなるように出力巻線１を巻き回すことで、出力巻線１をティースに近い位置に多く巻き回すことができる。これにより、出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度は出力巻線２の寄与度に対して相対的に大きくなり、出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度とのバランスを調整することができる。このため、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができ、検出角度の精度が向上できる。

また、本発明に係る回転検出器用ステータの巻線方法は、巻数Ｎ１ａ（ｓ）の方が巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より少なくなるように出力巻線１が巻き回されたことが好ましい。

出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度に対して出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度が大きい場合、巻数Ｎ１ａ（ｓ）のほうが巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より少なくなるように出力巻線１を巻き回すことで、出力巻線１をティースから遠い位置に多く巻き回すことができる。これにより、出力巻線１の鎖交磁束に対する寄与度は出力巻線２の寄与度に対して相対的に小さくなり、出力巻線２の鎖交磁束に対する寄与度とのバランスを調整することができる。このため、出力信号Ａと出力信号Ｂのバラツキを低減することができ、検出角度の精度が向上できる。

本発明によれば、出力信号のバラツキが低減された回転検出器用ステータを提供できる。従って、本発明の回転検出器用ステータを例えば回転検出器として各種電気機器に搭載することができる。例えば、本発明の回転検出器用ステータを、モータの回転軸の回転角度を検出するレゾルバとして利用することができる。

１，１１，２１，１０１ 第１出力巻線
２，１２，２２，１０２ 第２出力巻線
１ａ，１１ａ，２１ａ 下層第１巻線
１ｂ，１１ｂ，２１ｂ 上層第１巻線
３，１３，２３，１０３ ステータコア
４ 磁極（ステータティース）
５ スロット
６，１６，２６，３６ インシュレータ
１０ 固定子（モータ）
１４ 回転子（モータ）
１５，１５ａ，１５ｂ 軸受
１７，１７ａ，１７ｂ ブラケット
２０ 固定子（回転検出器）
２４ 回転子（回転検出器）
３０ 回転体
３１ 回転子鉄心
３２ 磁石
３３ フレーム
３４ 固定子鉄心
３５ 固定子巻線
３７ シャフト

Claims (6)

1. 全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、前記磁極によって形成されたスロットに巻き回されている第１出力巻線と前記第１出力巻線に対して９０度位相が異なる第２出力巻線が巻き回されている回転検出器用ステータの巻線方法において、
   前記第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）及び前記第２出力巻線の巻数Ｎ２（ｓ）は前記スロットに対して正弦波状に分布しており、
   前記第１出力巻線の前記巻数Ｎ１（ｓ）は分割比αにて巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されており、
   最下層に前記巻数Ｎ１ａ（ｓ）の下層第１出力巻線を前記全スロットに連続して巻き回し、前記下層第１出力巻線の上に重ねて前記第２出力巻線を前記全スロットに連続して巻き回し、前記第２出力巻線の上に前記巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の上層第１出力巻線を前記全スロットに連続して巻き回すことを特徴とした回転検出器用ステータの巻線方法。
2. 前記分割比αは前記スロット毎に異なっていることを特徴とした請求項１に記載の回転検出器用ステータの巻線方法。
3. 前記巻数Ｎ１ａ（ｓ）の方が前記巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より多くなるように前記第１出力巻線が前記分割比αによって分割されていることを特徴とした請求項２に記載の回転検出器用ステータの巻線方法。
4. 前記巻数Ｎ１ａ（ｓ）の方が前記巻数Ｎ１ｂ（ｓ）より少なくなるように前記第１出力巻線が前記分割比αによって分割されていることを特徴とした請求項２に記載の回転検出器用ステータの巻線方法。
5. 全体が輪状であり、周方向に一定の間隔で複数配置され内径側及び外径側のどちらかに突出した磁極を備えたステータコアに、前記磁極によって形成されたスロットに巻き回されている第１出力巻線と前記第１出力巻線に対して９０度位相が異なる第２出力巻線が巻き回されている回転検出器用ステータの巻線構造において、
   前記第１出力巻線の巻数Ｎ１（ｓ）及び前記第２出力巻線の巻数Ｎ２（ｓ）は前記スロットに対して正弦波状に分布しており、
   前記第１出力巻線の前記巻数Ｎ１（ｓ）は分割比αにて巻数Ｎ１ａ（ｓ）と巻数Ｎ１ｂ（ｓ）に分割されており、
   最下層に前記全スロットに連続して巻き回した前記巻数Ｎ１ａ（ｓ）の下層第１出力巻線と、
   前記下層第１出力巻線の上に重ねて前記全スロットに連続して巻き回した前記第２出力巻線と、
   前記第２出力巻線の上に前記全スロットに連続して巻き回した前記巻数Ｎ１ｂ（ｓ）の上層第１出力巻線を有することを特徴とした回転検出器用ステータの巻線構造。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の巻線方法を用いた回転検出器を有する電動機。

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