WO2008010338A1 - Détecteur d'angle - Google Patents

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WO2008010338A1
WO2008010338A1 PCT/JP2007/058829 JP2007058829W WO2008010338A1 WO 2008010338 A1 WO2008010338 A1 WO 2008010338A1 JP 2007058829 W JP2007058829 W JP 2007058829W WO 2008010338 A1 WO2008010338 A1 WO 2008010338A1
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stator
ring
angle detector
winding
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Inventor
Yoshimi Kikuchi
Kanji Kitazawa
Hisashi Mimura
Masahito Okada
Yonezo Kubota
Original Assignee
Tamagawa Seiki Kabushiki Kaisha
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K24/00—Machines adapted for the instantaneous transmission or reception of the angular displacement of rotating parts, e.g. synchro, selsyn
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core

Definitions

  • the present invention relates to an angle detector, and in particular, a plurality of stators arranged on a ring-shaped stator plate via slots are provided with stator windings, and a ring-shaped ring is formed through a gap with respect to the stator.
  • the present invention relates to a novel improvement for providing an ultra-thin configuration by providing a rotor plate so as to face each other in a freely rotatable manner, detecting an angular signal by a change in a gap caused by rotation of a ring-shaped rotor plate.
  • this type of thin resolver used has a configuration using a rotary transformer shown in FIGS. 4 and 5, and a Noriable reluctance type of Patent Document 1 shown in FIG.
  • the structure of a resolver can be mentioned.
  • the resolver part 2 and the rotary transformer part 3 are arranged in a superposed manner along the axial direction.
  • a resolver portion 2 having another conventional configuration shown in FIG. 6 includes a ring-shaped stator 5 having a resolver stator coil 4 and a ring-shaped rotor 6 provided in the stator 5 and having no coil. It is installed inside.
  • the resolver feeder wiring diagrams in FIGS. 4, 5, and 6 are configured as shown in FIG. 8, and the excitation feeders Rl and R2 are composed of one phase and output on the detection side.
  • the winding lines S1 to S4 are composed of two phases.
  • Patent Document 1 US Patent No. 5920135
  • the resolver stator coil wound around the stator protrudes on both sides of the stator, so that an insulating cover for insulating the resolver stator coil and A coil cover or the like is required, and the thickness of the stator is increased (10 mm is minimum), and it is extremely difficult to form a flat shape as described above.
  • the rotor does not have a coil, the detection accuracy is limited.
  • rotation is detected by a change in gap permeance between the outer periphery of the rotor and the inner periphery of each magnetic pole of the stator.
  • stator since the stator has an integral structure, the magnetic field distribution generated by the excitation winding is affected by the mechanical position of the detection rotor pole.
  • An angle detector includes a ring-shaped stator plate made of a non-magnetic material, a plurality of stators provided on the ring-shaped stator plate and independent of each other and forming slots periodically or aperiodically; A stator core formed by projecting on the surface of each stator, a stator conductor composed of an excitation conductor and an output conductor formed around the conductor core, and the stator surface A magnetic flux return platform provided on the inner side or the outer side of the stator winding, which protrudes upward, and a ring shape provided rotatably on the magnetic flux return platform and facing the stator winding in a non-contact manner.
  • the structure is such that the gap between the core and the inner surface of the gap forming plate changes.
  • the inner surface of the gap forming plate has a configuration in which a curved surface that changes in a sine wave shape is formed along the rotation direction, and the stator winding includes a sheet coil, a printed circuit board coil, an alignment It is a configuration consisting of any one of the winding lines, and the curved surface of the gap forming plate is formed with a plurality of cycles, and the inside of the annular rotor plate or the inner surface of the plate is A configuration in which a permanent magnet is provided, and what is defined in claims 1 to 5 A plurality of the angle detectors are arranged in a superposed manner in the axial direction.
  • a stator winding having a winding magnetic core is provided on a plurality of stators independently arranged via slots on a ring-shaped stator plate, and a ring-shaped rotor is provided to the stator via a gap. Since the plates are provided so as to face each other in a freely rotatable manner and the angle signal is detected by the change in the air gap caused by the rotation of the ring-shaped rotor plate, a thin angle detector by facing the surfaces can be obtained. Further, since each stator is divided, the detection accuracy can be improved with less magnetic interference with the adjacent stator windings.
  • the magnetic flux return platform is provided in the stator, the magnetic flux distribution for each stator is stabilized, which can contribute to improvement in detection accuracy.
  • FIG. 1 is a perspective view including a notch showing an angle detector according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing each stator of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view including a notch showing the annular rotor plate of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a half sectional view showing a conventional resolver.
  • FIG. 5 is a plan view of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional VR resolver.
  • FIG. 8 is a wiring diagram showing the connection of the resolver.
  • a stator winding is provided on a plurality of stators arranged on a ring-shaped stator plate via slots, and the ring-shaped rotor is rotated with respect to the stator via a gap.
  • the object of the present invention is to provide an ultra-thin angle detector that is provided facing each other and detects an angle signal by a change in a gap caused by rotation of a ring-shaped rotor plate.
  • reference numeral 1 denotes a ring-shaped stator plate made of a non-magnetic material.
  • a plurality of independent slots are formed on the surface of the ring-shaped stator plate 1 periodically or aperiodically.
  • a fixed stator 5 is provided.
  • Each stator 5 is formed with a protruding magnetic core 11 which is a magnetic material, and a known sheet coil, printed circuit board coil, aligned winding, etc. are disposed around the magnetic core 11. And a stator winding 4 having an excitation winding 4a and an output winding 4b in two layers.
  • Each of the stators 5 is independent through the slits 10 and has an overall shape of a fan shape or a quadrangular shape, and a ring-shaped and ridge-shaped magnetic material inside the stator winding 4
  • Each of the magnetic flux return platforms 12 is provided with a predetermined height in the axial direction and serves as a magnetic flux return path, preventing crosstalk of the magnetic flux and contributing to improvement of detection accuracy.
  • the magnetic flux return platform 12 is provided on the inner side of the stator 5, the magnetic flux return platform 12 has the same action as described above even if it is disposed on the outer side of the stator winding 4.
  • a ring-shaped rotor plate 6 On the surface of the magnetic flux return path base 12, a ring-shaped rotor plate 6 is provided so as to be slidable and non-contact with the stator winding 4, and this ring-shaped rotation is provided.
  • a permanent magnet (not shown) is provided in the ring-shaped rotor plate 6 or on the opposing surface, the detection sensitivity can be further improved.
  • the number of stators 5 (number of poles m) and the number of cycles of the curved surface of the plate inner surface 13a (cycle n) can be set according to the application of the angle detector and the like.
  • the axial thickness t of the angle detector 20 in FIG. 1 is 4 mm in the experimental prototype, which is about 1Z4 compared to the conventional configuration, and an ultra-thin angle detector is obtained. It can be done.
  • annular rotor plate 6 is shown with a partial cross section, but in order to facilitate the explanation, it is actually formed in a complete annular shape.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

明 細 書
角度検出器
技術分野
[0001] 本発明は、角度検出器に関し、特に、輪状固定子板上にスロットを介して配設され た複数の固定子に固定子卷線を設け、この固定子に対し空隙を介して輪状回転子 板を回転自在に面対向させて設け、輪状回転子板の回転による空隙の変化により角 度信号を検出し、超薄型の構成とするための新規な改良に関する。
背景技術
[0002] 従来、用いられていたこの種の薄型のレゾルバとしては、図 4及び図 5で示される回 転トランスを用いた構成、および、図 6で示される特許文献 1のノリアブルリラクタンス 型のレゾルバの構成を挙げることができる。
すなわち、図 4及び図 5で示される従来構成のケーシング 1内には、レゾルバ部 2と 回転トランス部 3とが軸方向に沿って重合して配設されて 、る。
[0003] また、図 6において示される他の従来構成のレゾルバ部 2は、輪状でレゾルパステ ータコイル 4を有するステータ 5と、前記ステータ 5内に設けられコイルを有しない輪状 のロータ 6が回転自在に内設されている。
[0004] また、前述の図 4、図 5及び図 6におけるレゾルバの卷線の配線図は図 8で示される ように構成され、励磁卷線 Rl, R2は 1相よりなり、検出側の出力卷線 S1〜S4は 2相 で構成されている。
また、前記各出力卷線 S1〜S4による出力電圧曲線及び出力電圧方程式は図 7で 示される。
[0005] 特許文献 1：米国特許第 5920135号明細書
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 従来の薄型のレゾルバは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存 在していた。
すなわち、図 4及び図 5に開示された従来構成においては、レゾルバ部と回転トラン ス部とが軸方向に重合されているため、レゾルバ自体の厚さが厚く（16mmが最小） なり、より扁平な形状とすることは極めて困難であった。
また、図 6の他の従来構成においては、コイルとしてはレゾルバステータコイルのみ で済む力 ステータに卷回したレゾルバステータコイルがステータの両面に突出する ため、このレゾルバステータコイルの絶縁用の絶縁カバー及びコイルカバー等を必要 とし、これらのステータへの装置によって厚さが厚く（10mmが最小)なり、前述と同様 に、扁平状に構成することが極めて困難であった。また、ロータにコイルを有していな いため、検出精度には限界があった。
また、従来構成においては、ロータの外周とステータの各磁極の内周とのギャップ パーミアンスの変化により回転検出を行うため、回転軸振れが発生すると空隙変動に 影響していた。
また、固定子が一体構造であるため、励磁卷線により発生する磁界分布が検出用 回転子極の機械的な位置により影響を受けていた。
課題を解決するための手段
本発明による角度検出器は、非磁性材からなる輪状固定子板と、前記輪状固定子 板上に設けられ互いに独立すると共に周期的あるいは非周期的にスロットを形成す る複数の固定子と、前記各固定子の面上に突出して形成された卷線磁芯と、前記卷 線磁芯の周囲に形成された励磁卷線及び出力卷線からなる固定子卷線と、前記固 定子の面上に突出して設けられ前記固定子卷線の内側又は外側に設けられた磁束 帰路台と、前記磁束帰路台上でかつ前記固定子卷線と非接触に対向して回転自在 に設けられた輪状回転子板と、前記輪状回転子板の内面に設けられ波状に突出状 態が変化する板内面を有する空隙形成板と、を備え、前記輪状回転子板の回転によ り、前記卷線磁芯と前記空隙形成板の板内面との間の空隙が変化するようにした構 成であり、また、前記空隙形成板の板内面は、正弦波状に変化する曲面が回転方向 に沿って形成されている構成であり、また、前記固定子卷線は、シートコイル、プリント 基板コイル、整列卷線の何れかよりなる構成であり、また、前記空隙形成板の曲面が 、複数の周期で形成されている構成であり、また、前記輪状回転子板の内部又は前 記板内面には、永久磁石が設けられている構成であり、また、請求項 1ないし 5の何 れかの前記角度検出器が軸方向に複数個重合して配設されている構成である。 発明の効果
[0008] 本発明による角度検出器は、以上のように構成されているため、次のような効果を 得ることができる。
すなわち、輪状固定子板上にスロットを介して独立して配設された複数の固定子に 卷線磁芯を有する固定子卷線を設け、この固定子に対して空隙を介して輪状回転子 板を回転自在に面対向させて設け、輪状回転子板の回転による空隙の変化により角 度信号を検出しているため、面対向による薄型の角度検出器を得ることができる。 また、各固定子が分割されているため、隣接する固定子卷線との磁気的干渉も少 なぐ検出精度を向上させることができる。
また、固定子に磁束帰路台が設けられているため、各固定子毎の磁束分布が安定 化し、検出精殿向上に寄与することができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明による角度検出器を示す一部切欠きを含む斜視図である。
[図 2]図 1の各固定子を示す斜視図である。
[図 3]図 1の輪状回転子板を示す一部切欠きを含む斜視図である。
[図 4]従来のレゾルバを示す半断面図である。
[図 5]図 4の平面図である。
[図 6]従来の VR型レゾルバの断面図である。
[図 7]レゾルバの出力電圧曲線及び出力電圧方程式である。
[図 8]レゾルバの結線を示す配線図である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 本発明は、輪状固定子板上にスロットを介して配設された複数の固定子に固定子 卷線を設け、この固定子に対し空隙を介して輪状回転子を回転自在に面対向させて 設け、輪状回転子板の回転による空隙の変化により角度信号を検出し、超薄型とし た角度検出器を提供することを目的とする。
実施例 [0011] 以下、図面と共に本発明による角度検出器の好適な実施の形態について説明する 尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図 1において符号 1で示されるものは非磁性材よりなる輪状固定子板であり、この輪 状固定子板 1の面上には、周期的あるいは非周期的にスロット 10を形成する複数の 独立した固定子 5が設けられている。
[0012] 前記各固定子 5には、磁性材カ なる卷線磁芯 11が突出して形成され、この卷線 磁芯 11の周囲には、周知のシートコイル、プリント基板コイル、整列卷線等の何れか よりなると共に、励磁卷線 4a及び出力卷線 4bを二層状等で有する固定子卷線 4が設 けられている。
[0013] 前記各固定子 5は、スリット 10を介して独立していると共に、全体形状が扇形又は 四角形状をなし、その固定子卷線 4の内側位置には輪状で突条形状の磁性材から なる磁束帰路台 12が各々軸方向に所定の高さを有して設けられ、磁束帰路の役割 をなし、磁束のクロストークを防止し検出精度の向上に寄与している。
尚、この磁束帰路台 12は、固定子 5上の内側に設けられているが、前記固定子卷 線 4の外側位置に配設しても前述と同様の作用を有している。
[0014] 前記磁束帰路台 12の面上には、これに摺動する状態で、かつ、固定子卷線 4と非 接触で輪状回転子板 6が回転自在に設けられており、この輪状回転子板 6の内面 6a に設けられた輪状の空隙形成板 13の板内面 13aには、正弦波状をなす波形の曲面 (図示せず)が回転方向に沿って単周期又は複数周期で形成され、この波状の突出 形状が変化する輪状の空隙 14が空隙形成板 13の板内面 13aと固定子 5の卷線磁 芯 11との間に形成されている。尚、前記輪状回転子板 6の内部又は対向面に永久 磁石 (図示せず)を設けると、検出感度を一層向上させることができる。
[0015] 次に、前述の構成において、 4個の各励磁卷線 4aに励磁信号を供給した状態で、 輪状回転子板 6を回転させると、前記固定子 5の卷線磁芯 11に対面した前記板内面 13aの波状の突出形状が変ィ匕 (周知のバリアブルリラクタンス型 (VR型）レゾルバに おけるギャップパーミアンスの変化と同様の磁気作用）することにより、この変化に応 じた正弦波状の電圧変化が出力信号 (レゾルバ出力）として出力卷線 4bより得られる 尚、この固定子 5の数 (極数 m)及び板内面 13aの曲面の周期の数 (周期 n)は、角 度検出器の用途等に応じて設定できる。
また、前述の図 1の角度検出器 20の軸方向の厚さ tは、実験のプロトタイプにおい ても 4mmであり、従来構成に比較すると、約 1Z4であり、超薄型の角度検出器を得 ることがでさる。
また、前述の図 1及び図 3では、輪状回転子板 6を一部断面にして示しているが、 説明を容易とするためで、実際には完全な輪状に形成されている。

Claims

請求の範囲
[1] 非磁性材カ なる輪状固定子板 (1)と、前記輪状固定子板 (1)上に設けられ互いに 独立すると共に周期的あるいは非周期的にスロット (10)を形成する複数の固定子 (5)と 、前記各固定子 (5)の面上に突出して形成された卷線磁芯 (11)と、前記卷線磁芯 (11) の周囲に形成された励磁卷線 (4a)及び出力卷線 (4b)からなる固定子卷線 (4)と、前記 固定子 (5)の面上に突出して設けられ前記固定子卷線 (4)の内側又は外側に設けら れた磁束帰路台 (12)と、前記磁束帰路台 (12)上でかつ前記固定子卷線 (4)と非接触 に対向して回転自在に設けられた輪状回転子板 (6)と、前記輪状回転子板 (6)の内面 (6a)に設けられ波状に突出状態が変化する板内面 (13a)を有する空隙形成板 (13)と、 を備え、
前記輪状回転子板 (6)の回転により、前記卷線磁芯 (11)と前記空隙形成板 (13)の板 内面 (13a)との間の空隙 (14)が変化するようにしたことを特徴とする角度検出器。
[2] 前記空隙形成板 (13)の板内面 (13a)は、正弦波状に変化する曲面が回転方向に沿 つて形成されていることを特徴とする請求項 1記載の角度検出器。
[3] 前記固定子卷線 (4)は、シートコイル、プリント基板コイル、整列卷線の何れかよりな ることを特徴とする請求項 1又は 2記載の角度検出器。
[4] 前記空隙形成板 (13)の曲面が、複数の周期で形成されていることを特徴とする請求 項 1ないし 3の何れかに記載の角度検出器。
[5] 前記輪状回転子板 (6)の内部又は前記板内面 (13a)には、永久磁石が設けられてい ることを特徴とする請求項 1ないし 4の何れかに記載の角度検出器。
[6] 請求項 1ないし 5の何れかの前記角度検出器 (20)が軸方向に複数個重合して配設 されていることを特徴とする角度検出器。
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