JPWO2017179207A1

JPWO2017179207A1 - レゾルバ

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Publication number: JPWO2017179207A1
Application number: JP2018511867A
Authority: JP
Inventors: 盛臣見延
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: CN108886314B; WO2017179207A1; JP6529662B2; CN108886314A; DE112016006743T5

Abstract

周方向に隣り合う一対のステータコアブロックの間における漏れ磁束による検出精度への影響を抑制することができるレゾルバを得る。少なくとも２つ以上のティースを持つ、少なくとも１つ以上のステータコアブロックから構成されるステータコアと、ステータコアに対向して回転するレゾルバロータと、ステータコアに巻き回された励磁巻線と、ステータコアに巻き回された出力巻線とを備え、ステータコアブロックは、隣り合う一対のティースから成るティース群を少なくとも１つ有し、あるティース群の一対のティースに巻き回される励磁巻線は互いに逆方向に巻き回され、ティース群は異なるが、互いに隣り合う２つのティースに巻き回される励磁巻線は、同一方向に巻き回されている。

Description

この発明は、ステータコアが複数のステータコアブロックに分割されたレゾルバに関する。

従来、分割されたステータコアを持つレゾルバとして、複数のステータコアブロックを有する環状のステータコアと、ステータコアに対向して回転するレゾルバロータと、ステータコアに巻き回された励磁巻線と、ステータコアに巻き回された出力巻線とを備え、それぞれのステータコアブロックは、ティースを一個有しているレゾルバが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−６２９７３号公報

しかしながら、ステータコアが複数のステータコアブロックに分割されているので、周方向に隣り合う一対のステータコアブロックの間において漏れ磁束が発生する。これにより、出力巻線の出力電圧が低下し、レゾルバの検出角度の精度が低下してしまうという問題点があった。

この発明は、周方向に隣り合う一対のステータコアブロックの間における漏れ磁束による検出精度への影響を抑制し、生産性を向上することができるレゾルバを提供するものである。

この発明に係るレゾルバは、少なくとも２つ以上のティースを持つ、少なくとも１つ以上のステータコアブロックから構成されるステータコアと、ステータコアに対向して回転するレゾルバロータと、ステータコアに巻き回された励磁巻線と、ステータコアに巻き回された出力巻線とを備え、ステータコアブロックは、レゾルバロータの軸線を中心として周方向に隣り合う一対のティースから成るティース群を少なくとも１つ有し、あるティース群の一対のティースに巻き回される励磁巻線は互いに逆方向に巻き回され、ティース群は異なるが、互いに隣り合う２つのティースに巻き回される励磁巻線は、同一方向に巻き回されている。

この発明に係るレゾルバによれば、複数のステータコアブロックからレゾルバステータを構成する場合、ステータコアブロック間の磁束は減少するが、本発明によるレゾルバでは、ティース群内の隣り合う一対のティースには、励磁巻線が互いに逆方向に巻き回され、ステータコアブロックの間における隣り合う一対のティースには励磁巻線が同一方向に巻き回されているので、レゾルバのステータコアブロック内ではティース群の一対のティースを通る磁束が主磁束となり、ステータコアブロック間の磁束減少の影響を小さくすることができ、検出精度への影響を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るレゾルバを示す平面図である。図１のレゾルバの要部を示す斜視図である。図２の励磁巻線に電流が供給された状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係るレゾルバのステータコアブロックを示す斜視図である。図４のステータコアブロックを変形させた状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係るレゾルバステータを示す斜視図である。図６のレゾルバステータをハウジングに固定する様子を示す斜視図である。図６のレゾルバステータおよびハウジングの変形例を示す分解斜視図である。図８のレゾルバステータおよびハウジングの変形例を示す分解斜視図である。この発明の実施の形態４に係るレゾルバを示す平面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレゾルバを示す平面図、図２は図１のレゾルバの要部を示す斜視図である。図において、レゾルバは、レゾルバステータ１と、レゾルバステータ１に対向して設けられ、レゾルバステータ１に対して回転するレゾルバロータ２とを備えている。レゾルバは、図１に示すように、レゾルバステータ１を固定するためのハウジング３をさらに備えてもよい。なお、レゾルバは、ハウジング３を備えていなくてもよい。また、レゾルバは、インナーロータ型に限らず、アウターロータ型など、その他のレゾルバであってもよい。

レゾルバステータ１は、ステータコア１１と、ステータコア１１に巻き回される励磁巻線１２と、図示していないがステータコア１１に巻き回される第１出力巻線および第２出力巻線とを有している。ステータコア１１は、少なくとも１つ以上のステータコアブロック１１１から構成されている。ステータコアブロック１１１は、一対のティース１１２から成るティース群１１３を少なくとも１つ以上有している。また、ステータコアブロック１１１は、ティース群１１３が固定されたコアバック１１４を有している。本実施の形態では、ステータコアブロック１１１が２つ以上の場合を例として、以降の説明を続ける。

図２では、ティース１１２を２つ有するステータコアブロック１１１を示している。また、図２では、周方向に隣り合う２つのステータコアブロック１１１の中の一方をステータコアブロック１１１ａとし、他方をステータコアブロック１１１ｂとする。また、図２では、ステータコアブロック１１１ａにおける周方向に隣り合う２つのティース１１２の中の一方をティース１１２ａとし、他方をティース１１２ｂとする。また、図２では、ステータコアブロック１１１ｂにおける周方向に隣り合う２つのティース１１２の中の一方をティース１１２ｃとし、他方をティース１１２ｄとする。また、図２では、ティース１１２ｂとティース１１２ｃとが、周方向に隣り合っている。

励磁巻線１２は、単一の導線が複数のステータコアブロック１１１に跨って巻き回されている。なお、励磁巻線１２は、複数の導線が電気的に直列に繋がって、複数のステータコアブロック１１１に跨って巻き回された巻線群であってもよい。

第１出力巻線は、正弦波状の出力電圧が得られるような巻数で、複数のステータコアブロック１１１に巻き回されている。なお、第１出力巻線は、複数の導線が電気的に直列に繋がって、複数のステータコアブロック１１１に巻き回された巻線群であってもよい。

第２出力巻線は、正弦波状の出力電圧が得られるような巻数で、複数のステータコアブロック１１１に巻き回されている。なお、第２出力巻線は、複数の導線が電気的に直列に繋がって、複数のステータコアブロック１１１に巻き回された巻線群であってもよい。

第１出力巻線および第２出力巻線は、互いに出力電圧の位相が異なるようにステータコアブロック１１１に巻き回されている。

図３は図２の励磁巻線１２に電流が供給された状態を示す斜視図である。ステータコアブロック１１１ａにおけるティース群１１３のティース１１２ａとティース１１２ｂとに巻き回された励磁巻線２１は、互いに逆方向に巻き回されている。また、ステータコアブロック１１１ｂにおけるティース群１１３のティース１１２ｃとティース１１２ｄとに巻き回された励磁巻線２１は、互いに逆方向に巻き回されている。

ステータコアブロック１１１ａとこのステータコアブロック１１１ａに周方向に隣り合うステータコアブロック１１１ｂとの間で、周方向に隣り合う一対のティース１１２ｂ、ティース１１２ｃのそれぞれに巻かれた励磁巻線２１は、互いに同一方向に巻き回されている。言い換えれば、ステータコアブロック１１１ａにおけるステータコアブロック１１１ｂ側のティース１１２ｂに巻かれた励磁巻線２１と、ステータコアブロック１１１ｂにおけるステータコアブロック１１１ａ側のティース１１２ｃに巻かれた励磁巻線２１とは、互いに同一方向に巻き回されている。

励磁巻線２１に電流が供給されると、ティース群１１３の互いに逆方向に励磁巻線２１が巻き回されたティース１１２ａとティース１１２ｂとには、径方向について互いに逆方向に起磁力が発生する。これにより、矢印Ａに示すように、ティース１１２ａと、ティース１１２ｂと、レゾルバロータ２と、コアバック１１４とを通る磁気閉回路が形成され、ティース１１２ａと、ティース１１２ｂと、レゾルバロータ２と、コアバック１１４とを磁束が通過する。一方、隣り合う一対のティース１１２であって、互いに同一方向に励磁巻線１２が巻き回された一対のティース１１２、例えば、ティース１１２ｂとティース１１２ｃとには、励磁巻線１２に電流が供給されると、径方向について同一方向に起磁力が発生する。これにより、ティース１１２ｂとティース１１２ｃとの間には、磁気閉回路が形成されず、ティース１１２ｂとティース１１２ｃとの間には、磁束がほとんど流れない。すなわち、励磁巻線１２が発生させる総磁束に対して、ティース群１１３を構成する一対のティース１１２間を通過する主磁束の割合が増加する。これにより、隣り合う一対のステータコアブロック１１１の間で発生する漏れ磁束が及ぼす、出力電圧への影響が相対的に小さくなる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１のレゾルバがさらにコアバック１１４における周方向中間部の内周面に可動部を有している構成について説明する。図４はこの発明の実施の形態２に係るレゾルバのステータコアブロックを示す斜視図、図５は図４のステータコアブロックを変形させた状態を示す斜視図である。コアバック１１４における周方向中間部の内周面には、可動部１１５が形成されている。これにより、コアバック１１４は、隣り合うティース１１２の間の周方向についての距離が変化するように変形可能となっている。なお、可動部１１５は、カシメや切欠きなど、ステータコアブロック１１１の任意の隣り合う一対のティース１１２の間の周方向についての距離が変形可能となるティース間距離可変機構を有していればよい。

コアバック１１４が可動部１１５を有していることで、励磁巻線１２、第１出力巻線および第２出力巻線を巻き回す際に、隣り合う一対のティース１１２の間を広げるように可動部１１５を変形させ、巻線後にティース１１２の間を狭めるように可動部１１５を変形させることで、巻線のための作業スペースを確保することができる。なお、以降では、２つ以上のステータコアブロック１１１を有している構成を例として、本実施の形態を説明する。図示はしていないが、本発明は、複数のティース１１２を有するステータコアブロック１１１が１つの場合で、かつステータコアブロック１１１の一方の端ともう一方の端を向い合せるようにしてステータコア１１を構成する場合においても適用可能である。

レゾルバステータ１を構成するステータコアブロック１１１の数は、励磁巻線１２の巻線パターンの空間的な繰り返し回数である励磁次数と一致してもよい。この場合、複数のステータコアブロック１１１のそれぞれについて、同じ巻線パターンで励磁巻線１２を巻き回すことができる。そのため、巻線プログラムを用いて巻線機を駆動させてそれぞれのティース１１２に励磁巻線１２を巻き回す場合には、同一の巻線プログラムを用いて、複数のステータコアブロック１１１のそれぞれについて、励磁巻線１２を巻き回すことができる。

具体的な例としては、例えば、ティース数が２４、励磁次数が６次、軸倍角が９次、出力次数が３次のレゾルバにおいては、４つのティース１１２でステータコアブロック１１１を構成し、６個のステータコアブロック１１１でステータコア１１を構成してもよい。この場合、励磁巻線１２については同一の巻線プログラムで巻き回すことができるため、生産性を向上させることができる。

レゾルバステータ１を構成するステータコアブロック１１１の数は、第１出力巻線および第２出力巻線のそれぞれの巻線パターンの空間的な繰り返し回数である出力次数と一致してもよい。この場合、複数のステータコアブロック１１１のそれぞれについて、同じ巻線パターンで第１出力巻線および第２出力巻線を巻き回すことができる。励磁巻線１２と同様に、巻線プログラムを用いて巻線機を駆動させてそれぞれのティース１１２に第１出力巻線および第２出力巻線を巻き回す場合には、同一の巻線プログラムを用いて、複数のステータコアブロック１１１のそれぞれについて、第１出力巻線および第２出力巻線を巻き回すことができる。

なお、レゾルバステータ１を構成するステータコアブロック１１１の数は、出力次数と不一致であってもよい。ステータコアブロック１１１の数と出力次数とが一致する場合には、レゾルバステータ１全体として見たときにステータコア１１が出力次数の変形モードとなってしまい、磁束の通り易さであるパーミアンスが影響を受けて、出力次数と一致する次数の漏れ磁束を含む磁気高調波成分に影響を及ぼして角度誤差の要因となってしまう。言い換えれば、ステータコアブロック１１１の数が出力次数と一致する場合には、磁束分布が脈動し、出力次数と一致するため、第１出力巻線および第２出力巻線の少なくともどちらか一方は、磁束の脈動を拾ってしまい電圧のオフセット成分となり、角度誤差に繋がってしまう。したがって、レゾルバステータ１を構成するステータコアブロック１１１の数が出力次数と不一致である場合、角度誤差を低減させるこができる。

具体的な例としては、例えば、ティース数が２４、励磁次数が６次、軸倍角が９次、出力次数が３次のレゾルバにおいて、８つのティース１１２でステータコアブロック１１１を構成し、３個のステータコアブロック１１１でステータコア１１を構成してもよい。この場合、励磁巻線１２、第１出力巻線および第２出力巻線については、それぞれ同一の巻線プログラムで巻き回すことができるため、生産性を向上させることができる。なお、本実施の形態において具体的な数値を用いて説明したが、別のティース数、励磁次数、および出力次数においても本発明は適用可能である。

実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、分割コア構造を持つレゾルバにおいて、位置検出精度を確保するためには、ステータコア１１のティース１１２の相対位置の位置決めが必要となる。実施の形態３では、ステータコア１１のティース１１２の位置決め方法について説明する。

ステータコア１１の相対位置ずれがあると、設計上のパーミアンスと比べて、実際のパーミアンスが空間高調波成分を含んでしまい、位置検出精度の影響してしまう恐れがある。すなわち、一円状に一体で製造されるステータコアに対して、ステータコア１１が分割コア構造となるレゾルバでは、ステータコア１１の製造時の寸法誤差に加えて、組立によりティース１１２同士の相対位置ずれが発生し、ステータコア１１の相対位置ずれが大きくなってしまう。

図６はこの発明の実施の形態３に係るレゾルバステータを示す斜視図、図７は図６のレゾルバステータをハウジングに固定する様子を示す斜視図である。励磁巻線１２、第１出力巻線および第２出力巻線が巻き回されたステータコアブロック１１１を、ティース１１２が円環状に並ぶように並べ、第１出力巻線、第２出力巻線および励磁巻線１２は、それぞれ電気的に直列に結合されて、レゾルバステータ１となる。このステータコア１１のティース１１２の位置決めを、樹脂モールドしてハウジング３を形成したり、ハウジング３にレゾルバステータ１を焼嵌めや、圧入などをしたりして、ティース１１２の位置決めを行う。

図８は図６のレゾルバステータおよびハウジングの変形例を示す斜視図、図９は図８のレゾルバステータおよびハウジングの変形例を示す分解斜視図である。また、ティース１１２の位置決めを行うため、ステータコアブロック１１１のコアバック１１４には、穴部１１６が形成され、また、ハウジング３が位置決めを行うためのピン部３１を有し、コアバック１１４の穴部１１６にハウジング３のピン部３１を差し込むことによって位置決めを行ってもよい。なお、本実施の形態による固定方法においては、ステータコア１１を一円となるような加工を行った場合においても、一円となる加工を行わない場合においても、ステータコア１１のティース１１２の位置決めを行うことができる。一円となる加工を行わない場合、溶接によって一円となる加工を実施する場合と比べて、加工歪によるティース１１２の相対位置ずれが発生せず、ティース１１２の相対位置ずれを小さくすることができる。

穴部１１６とピン部３１とによる位置決めを行う場合、１つのステータコアブロック１１１に対し穴部１１６の数は、２つ以上あることが望ましい。これは、固定の方法にもよるが、一円となる加工を実施せず穴部１１６が１か所だけだとステータコアブロック１１１が回転自由となってしまい、ティース１１２の相対位置が設計の所望の位置に比べてずれてしまい、角度誤差が拡大してしまう恐れがあるからである。なお、ピン部３１を差し込む場合、片側から差し込んでも、両側から挟み込むように差し込んでも、位置決めを行うことができるのであれば、どちらでも問題ないことは言うまでもない。

また、ハウジング３の素材は、磁性体素材である場合には、磁束の迂回路となることができるので、位置決めだけでなく、さらに、磁性体素材でない場合と比較して、漏れ磁束による影響を小さくすることが期待できる。

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４に係るレゾルバを示す平面図である。実施の形態４では、周方向に隣り合うステータコアブロック１１１の間を溶接などにより結合しない場合に、周方向に隣り合う一対のステータコアブロック１１１からの磁束漏れをさらに低減する方法について説明する。

レゾルバ、周方向に隣り合うステータコアブロック１１１の間に設けられる補極部材４をさらに備えている。補極部材４は、磁性体から構成されている。また、補極部材４は、積層された電磁鋼板から構成されていることが望ましい。これにより、補極部材４に発生する鉄損が低減される。なお、補極部材４は、漏れ磁束を低減させることができる磁性体から構成されていればよく、積層された電磁鋼板に限らず、厚さ、素材の種類などは、その他の場合であってもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態４に係るレゾルバによれば、隣り合う一対のステータコアブロック１１１の間に設けられ、磁性体から構成された補極部材４をさらに備えているので、周方向に隣り合う一対のステータコアブロック１１１からの磁束漏れをさらに低減させることができる。

なお、上記実施の形態４では、補極部材４がハウジング３と別体である構成について説明したが、補極部材４がハウジング３と一体に形成された構成であってもよい。

この発明に係るレゾルバは、少なくとも２つ以上のティースを有するステータコアブロックを２つ以上用いて構成されるステータコアと、ステータコアに対向して回転するレゾルバロータと、ステータコアに巻き回された励磁巻線と、ステータコアに巻き回された出力巻線とを備えたレゾルバであって、ステータコアブロックのそれぞれにおいて、レゾルバロータの軸線を中心として周方向に隣り合う一対のティースは、ティース群を成し、ティース群が同一で、かつ、互いに隣り合うティースには、励磁巻線が互いに逆方向に巻き回され、ティース群が異なり、かつ、互いに隣り合うティースには、励磁巻線が互いに同一方向に巻き回されている。

Claims

少なくとも２つ以上のティースを持つ、少なくとも１つ以上のステータコアブロックから構成されるステータコアと、
前記ステータコアに対向して回転するレゾルバロータと、
前記ステータコアに巻き回された励磁巻線と、
前記ステータコアに巻き回された出力巻線と
を備え、
前記ステータコアブロックは、前記レゾルバロータの軸線を中心として周方向に隣り合う一対の前記ティースから成るティース群を少なくとも１つ有し、
ある前記ティース群の一対の前記ティースに巻き回される前記励磁巻線は、互いに逆方向に巻き回され、
前記ティース群は異なるが、互いに隣り合う２つの前記ティースに巻き回される前記励磁巻線は、同一方向に巻き回されているレゾルバ。
前記ステータコアブロックは、複数の前記ティースと、前記ティースが固定されるコアバックとを有しており、
前記コアバックは、可動部を有しており、前記可動部が可動することにより隣り合う前記ティース同士の距離が変更可能である請求項１に記載のレゾルバ。
前記ステータコアブロックを固定するためのハウジングをさらに備え、
前記ステータコアブロックは、前記コアバックに前記ステータコアブロックの位置決めのための穴部を有し、
前記ハウジングは、前記ステータコアブロックの位置決めのためのピン部を有し、
前記ピン部が前記ステータコアブロックの前記穴部に挿入されることによって前記ステータコアブロックの位置決めが行われる請求項１または請求項２に記載のレゾルバ。
隣り合う一対の前記ステータコアブロックの間に設けられ、磁性体から構成された補極部材をさらに備えている請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のレゾルバ。
前記ステータコアブロックの数は、前記励磁巻線の巻線パターンの空間的な繰り返し回数である励磁次数と一致する請求項１から請求項４までの何れか一項に記載のレゾルバ。
前記ステータコアブロックの数は、前記出力巻線の巻線パターンの繰り返し回数である出力次数と異なる数である請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のレゾルバ。
前記ステータコアブロックの数は、前記出力巻線の巻線パターンの繰り返し回数である出力次数と一致する請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のレゾルバ。