JP2005061865A - 可変リラクタンス型レゾルバ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可変リラクタンス型レゾルバ1は、巻線6が巻回されるステータ5と、外周に突極部4aを有するロータ4と、鉄鋼材からなる環状のストッパ10とから構成される。そして、ストッパ10は、その外径DSが、ロータ4の谷径DRよりも小さいことを特徴とする。これにより、ストッパ10への漏れ磁束を防ぐことができるため、ロータ4の固定に安価な磁性材である鉄鋼材を使用でき低コスト化を図れる。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変リラクタンス型レゾルバに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
回転を検出する回転検出センサとして、例えば、特開2002−168652号公報に開示された可変リラクタンス型レゾルバがある。このレゾルバは、励磁巻線と第1及び第2の検出巻線とが巻回されたステータと、径方向外側に向かって突出した4つの円弧状の誘導子部を有するロータとから構成される。このロータが回転すると、ロータの突出した円弧状の誘導子部と、ステータの巻線が巻回される磁極との間の空隙が変化する。この空隙の変化は、励磁巻線を励磁する励磁信号と、励磁巻線の発生した磁束により検出巻線に誘起される出力信号とを介して、リラクタンスの変化として検出され、さらに、その変化が回転角度として検出される。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−168652号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記可変リラクタンス型レゾルバにおいて、磁性材からなる部材がロータに近接して設けられた場合、励磁巻線の発生した磁束の一部は、ロータの近傍に設けられた磁性部材へと流れ込む可能性がある。いわゆる漏れ磁束が発生する。そのため、ステータの検出巻線に正しく出力信号が誘起されず、リラクタンスの変化を正確に検出できなくなり、検出精度が低下する。
【0005】
このような、ロータの近傍に配設される部材として、ロータを回転軸に固定するためのストッパがある。そこで、ストッパは、一般的に漏れ磁束を発生させないようにするため、磁束を通しにくい非磁性材で構成される。しかし、非磁性材は磁性材と比べて高価であり、コストアップの原因となっている。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ストッパへの漏れ磁束により検出精度を低下させることなく、しかも安価にロータを固定することができる可変リラクタンス型レゾルバを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、可変リラクタンス型レゾルバにおいて、ストッパの輪郭線を軸方向側からみて、ロータの輪郭線に内包させることで、ストッパに磁性材を使用できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、請求項1に記載の可変リラクタンス型レゾルバは、回転軸と、前記回転軸の外周側に配設され外周に突極部を有する磁性材からなるロータと、前記ロータと径方向に空隙を介して配設され励磁信号が入力される励磁巻線と前記励磁巻線の発生した磁束により誘起される信号を出力する検出巻線と励磁巻線及び検出巻線が巻回される磁性材からなる磁極と複数の前記磁極を連結する磁性材からなるヨークとを有するステータと、前記ロータの軸方向に隣接して前記回転軸に嵌装され前記ロータを少なくとも軸方向に規制するストッパとを備えた可変リラクタンス型レゾルバにおいて、前記ストッパは磁性材からなり前記ロータに対して前記ストッパの配設される軸方向側からみて前記ロータの輪郭線に内包される輪郭線を有することを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の可変リラクタンス型レゾルバによれば、ストッパの輪郭線は、ロータの輪郭線より径方向内側に配設されるため、同一径方向において、ステータの磁極からストッパの外周面までの距離は、その磁極から対向するロータの外周面までの距離より必ず長くなる。ここで、磁束の通りにくさを表す磁気抵抗は、磁束の流れる磁路の長さに比例する。そのため、ステータの磁極とストッパの外周面との間の磁気抵抗は、ステータの磁極と対向するロータの外周面との間の磁気抵抗より必ず大きくなる。このため、ステータの磁極からストッパの外周面側へは磁束が流れにくくなる。こうして、磁性材からなるストッパを用いても、ステータの磁極に巻回される励磁巻線の発生する磁束は、ステータの磁極の内周面から、径方向に形成された空隙を経て、対向するロータの外周面へと流れ込む。さらに、ロータの別の外周面から、径方向に設けられた空隙を経て、対向する検出巻線の巻回されたステータの磁極へと流れ込む。つまり、漏れ磁束を防ぐことができる。よって、磁性材からなるストッパを用いた場合でも、検出精度を低下させることはなく、レゾルバの低コスト化を図ることができる。
【0010】
請求項2に記載の可変リラクタンス型レゾルバは、請求項1に記載の可変リラクタンス型レゾルバにおいて、さらに、前記ストッパは、前記ロータの谷径より小さい外径をもつ環状体であることを特徴とする。ここで、ロータの谷径とは、ロータの中心からロータの外周面で最も中心側に近い谷部までの距離を2倍したものである。
【0011】
請求項2に記載の可変リラクタンス型レゾルバによれば、ストッパの輪郭線は、ロータの輪郭線の最も径方向内側である谷部より、さらに径方向内側に配設される。そのため、ステータの磁極からストッパの外周面までの距離を、その磁極から対向するロータの外周面までの距離より長く確保しやすい。これにより、十分な磁気抵抗が確保でき漏れ磁束の防止効果が向上する。また、ストッパが環状であるため、加工が容易になるとともに組み付け性も向上し、さらに低コスト化を図ることができる。
【0012】
請求項3に記載の可変リラクタンス型レゾルバは、請求項2に記載の可変リラクタンス型レゾルバにおいて、前記ストッパは、外径が前記ロータの谷径の0.994倍以下であることを特徴とする。さらに、0.974倍以下、0.964倍以下であると好ましい。ただし、前記ストッパの外径は、少なくとも、0.88倍以上は必要である。
【0013】
請求項3に記載の可変リラクタンス型レゾルバによれば、ストッパの外径が、ロータの谷径の0.994倍以下であれば、より確実に漏れ磁束の防止効果が得られる。また、ロータの谷径の少なくとも0.88倍以上であれば、ストッパの強度や剛性を確保しつつ、ロータを確実に軸方向に規制することができる。
【0014】
なお、前記ストッパは、前記ロータと一体に形成されていてもよい。これにより、部品点数が削減でき、加工が容易になるとともに組み付け工数も減り、さらに低コスト化を図ることができる。
【0015】
また、前記ストッパは、前記ロータの軸方向両側に隣接して2個配設されていてもよい。さらに、前記可変リラクタンス型レゾルバは、例えば、車両に搭載される電動パワーステアリング装置又は伝達比可変操舵装置等、回転角度の情報を必要とする装置に使うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。ここで、本実施形態では、車両用の電動パワーステアリング装置について説明する。
【0017】
電動パワーステアリング装置(図略)は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出し、この操舵トルクに応じて、必要とされる操舵補助トルクをモータによって発生させ、操舵を補助する装置である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助トルクを発生するモータと、トルクセンサからの情報に基づいてモータを制御する制御装置と、ステアリングホイールとモータからのトルクを転舵輪へ伝達するトルク伝達機構とを備えている。
【0018】
本実施形態における可変リラクタンス型レゾルバの平面図を図1(a)に、カバーを除いた平面図を図1(b)に、図1(a)のA−A矢視一部断面図を図2に、回転軸、ロータ及びストッパの斜視図を図3にそれぞれ示す。
【0019】
まず、図1及び図2を参照して具体的構造について説明する。必要に応じて、図3を参照して詳細を説明する。図1及び図2に示すように、本実施形態における可変リラクタンス型レゾルバ1は、ハウジング2と、回転軸3と、ロータ4と、ロータ4と径方向に空隙を介して配設さるステータ5と、ロータ4を回転軸3に固定するストッパ10とを備えている。そして、ブラシと整流子とがないブラシレスモータ(図略)に組み込まれ、モータを駆動するために必要とされる回転軸3の回転角度等の情報を検出し、制御装置(図略)へ出力する。
【0020】
ハウジング2は、アルミニウムからなる筒状の構造体であり、モータのハウジングと一体に形成される。そして、側周面を貫通する貫通孔が形成されている。
【0021】
回転軸3は、磁性材である鉄鋼材からなる中空軸であり、小径部3aと大径部3b(図2のみ図示)とを有し、モータの回転軸と一体に形成されている。また、小径部3aの外周面と大径部3bの外周面との間には段部3c(図2のみ図示)を有し、大径部3bから段部3cを経て小径部3aの端部に向け、軸方向に伸びる溝部3dが形成されている。そして、この回転軸3は、軸受(図略)を介して、ハウジング2に回転可能に支持される。
【0022】
ロータ4は、磁性材であるけい素鋼板を積層して構成され、外周面に径方向外側に向かって等間隔に形成される略円弧状の7つの突極部4a(図1のみ図示)と、これら突極部4aの間に形成される7つの谷部4b(図1のみ図示)とを備えている。ロータ4の中心からロータ4の外周面で最も中心側に近い谷部4bまでの距離を2倍したものをロータ4の谷径DRとする。そして、図3に示すように、その中央には、回転軸3が貫通する貫通孔が形成され、貫通孔の内周面には、径方向内側に向かって突起部4cが形成される。ロータ4は、突起部4cを回転軸3の溝部3dに嵌合した状態で回転軸3に貫入され、回転軸3の段部3cに当接される。これにより、ロータ4は、回転軸3に対して回止めされている。この時、ロータ4の外周面は、後述するステータ5の磁極5aの内周面と対向する。
【0023】
ステータ5は、磁性材であるけい素鋼板を積層して構成され、径方向内側に向かって等間隔に配設される略T字状の10個の磁極5a(図1のみ図示)と、これら磁極5aの径方向外側端面を連結する環状のヨーク5b(図1のみ図示)とを備えている。磁極5a及びヨーク5bは、ロータ4とともに、巻線6の発生する磁束を流す磁路を形成する。そして、10個の磁極5aと環状のヨーク5bとで囲まれる空間には、巻線6が収容される10個のスロット5c(図1のみ図示)が形成される。また、ステータ5の中央には、ロータ4が配設される貫通孔が形成されている。
【0024】
このステータ5の10個の磁極5aには、ポリエステル線からなる巻線6がそれぞれに巻回される。この巻線6は、励磁信号が入力される励磁巻線と、励磁巻線の発生する磁束により誘起される信号を出力する検出巻線とから構成される。
【0025】
ステータ5の表面には、巻線6との間での電気的短絡を防止するため、樹脂からなる絶縁部材7が配設される。この絶縁部材7は、10個あるスロット5cのそれぞれの内周面とステータ5の両端面とを覆いっている。
【0026】
また、巻線6を制御装置に電気的に接続するためのコネクタ8が、ステータ5の外周面に固定されている。このコネクタ8は、磁極5aに巻回される巻線6の励磁巻線及び検出巻線と電気的に接続される端子8a(図2のみ図示)と、この端子8aを固定するとともに、制御装置からの接続用コネクタと嵌合するコネクタハウジング8bとを備えている。
【0027】
さらに、磁極5aと磁極5aに巻回される巻線6への異物の付着を防止するため、ステータ5の両端面を覆うように、樹脂からなるカバー9が配設されている。このカバー9は、環状の端板9aと、端板9aの外周縁から軸方向に延在する円筒壁9bとを有する。円筒壁9bは、ハウジング2の内周面との干渉を避けるため、ステータ5の外周面より径方向内側に配設される。円筒壁9bの端部は、ステータ5のヨーク5b及びコネクタハウジング8bに固定される。
【0028】
そして、ステータ5は、ハウジング2の側周面に設けられた貫通孔にコネクタ8を挿通させ、その外周面が、ハウジング2の内周面に接着固定される。
【0029】
ストッパ10は、磁性材である鉄鋼材を環状に加工した環状体であり、その内径は、回転軸3の外径に対し所定の圧入代を設けた大きさである。ストッパ10の外径DSは、ロータ4の谷径DRより小さい。具体的には、ロータ4の谷径DRが50.35mmであるのに対し、ストッパ10の外径は、それより小さい50mmである。これは、ロータ4の谷径DRの0.994倍に当たる。そして、ストッパ10は、ロータ4が貫入された回転軸3の所定の位置まで圧入されることにより、ロータ4を回転軸3に設けられた段部3cに押圧し固定する。
【0030】
次に、動作及び効果について説明する。可変リラクタンス型レゾルバ1には、制御装置からコネクタ8を通して励磁信号が入力され、ステータ5の磁極5aに巻回される巻線6の励磁巻線が磁束を発生する。この磁束は、巻線6の励磁巻線が巻回されるステータ5の磁極5aの内周面から、径方向に設けられた空隙を経て、対向するロータ4の外周面へと流れ込む。そして、ロータ4の別の外周面から径方向に設けられた空隙を経て、対向する巻線6の検出巻線の巻回されたステータ5の磁極5aへと流れ込む。励磁巻線が発生した磁束により巻線6の検出巻線に誘起される出力信号は、コネクタ8を通して制御装置へと出力される。制御装置は、巻線6の励磁巻線を励磁する励磁信号と、励磁巻線の発生した磁束により、巻線6の検出巻線に誘起される出力信号とを介して、リラクタンスの変化として検出され、さらに、その変化が回転角度として検出される。制御装置は、この回転角度の情報に基づき、モータに供給する電流を制御することでモータにトルクを発生させる。 この時、ロータ4の近傍に配設され、ロータ4を回転軸3に固定するストッパ10の輪郭線は、ロータ4の輪郭線より径方向内側に配設されるため、ステータ5の磁極5aからストッパ10の外周面までの距離は、その磁極5aから対向するロータ4の外周面までの距離より長い。そのため、ステータ5の磁極5aとストッパ10の外周面との間の磁気抵抗は、ステータ5の磁極5aと対向するロータ4の外周面との間の磁気抵抗より大きくなり、ステータ5の磁極5aからストッパ10の外周面側へは磁束が漏れにくくなる。具体的には、非磁性材からなるストッパを用いた場合、可変リラクタンス型レゾルバ1の電気角における回転角度誤差が23.62分であるのに対し、磁性材である鉄鋼材からなるストッパ10を用いた場合、回転角度誤差は24.37分であった。その結果、鉄鋼材からなるストッパ10を用いた方が、回転角度誤差が0.75分大きくなっているが、測定装置の測定精度が±2〜3分であることから、この差は測定精度の誤差の範囲内であり、回転角度誤差に差はないと言える。従って、磁性材である鉄鋼材からなるストッパ10を用いても、検出精度を低下させることはなく、非磁性材を用いる場合よりも、安価にロータを固定することができる。
【0031】
なお、本実施形態では、ストッパ10の外径DSが、ロータ4の谷径DRの0.994倍である例を挙げているが、これに限られるものではない。ストッパ10の外径DSが、ロータ4の谷径DRより小さければ、ストッパ10の外周面側への漏れ磁束を防止できるため、磁性材からなるストッパ10を用いても、検出精度の低下を抑えられる。ストッパ10の外径DSが、ロータ4の谷径DRの0.994倍以下であれば、漏れ磁束の防止効果はさらに向上する。ただし、ストッパ10の外径DSは、その強度や剛性を確保するため、ロータ4の谷径DRの0.88倍以上とするのがよい。
【0032】
また、ストッパ10は、回転軸3に圧入されているが、ストッパ10を回転軸3に固定する方法は、これに限られるものではない。例えば、接着してもよいし、螺合してもよい。
【0033】
さらに、ストッパ10は、ロータ4とは別部材であるが、これに限られるものではない。ストッパ10は、ロータ4と一体に形成されていてもよい。例えば、けい素鋼板を積層して一体に形成されていてもよいし、鉄鋼材等の磁性材を切削及び研削加工して一体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の可変リラクタンス型レゾルバにおける平面図を示す。
【図2】本実施形態の可変リラクタンス型レゾルバにおける図1(a)のA−A矢視一部断面図を示す。
【図3】本実施形態の可変リラクタンス型レゾルバにおける回転軸、ロータ及びストッパの斜視図を示す。
【符号の説明】
1 ・・・ 可変リラクタンス型レゾルバ
2 ・・・ ハウジング
3 ・・・ 回転軸
4 ・・・ ロータ
4a ・・・ 突極部
5 ・・・ ステータ
5a ・・・ 磁極
5b ・・・ ヨーク
6 ・・・ 巻線
10 ・・・ ストッパ
DR ・・・ ロータの谷径
DS ・・・ ストッパの外径
Claims (3)
- 回転軸と、前記回転軸の外周側に配設され外周に突極部を有する磁性材からなるロータと、前記ロータと径方向に空隙を介して配設され励磁信号が入力される励磁巻線と前記励磁巻線の発生した磁束により誘起される信号を出力する検出巻線と励磁巻線及び検出巻線が巻回される磁性材からなる磁極と複数の前記磁極を連結する磁性材からなるヨークとを有するステータと、前記ロータの軸方向に隣接して前記回転軸に嵌装され前記ロータを少なくとも軸方向に規制するストッパとを備えた可変リラクタンス型レゾルバにおいて、
前記ストッパは磁性材からなり前記ロータに対して前記ストッパの配設される軸方向側からみて前記ロータの輪郭線に内包される輪郭線を有することを特徴とする可変リラクタンス型レゾルバ。 - 前記ストッパは、前記ロータの谷径より小さい外径をもつ環状体であることを特徴とする請求項1記載の可変リラクタンス型レゾルバ。
- 前記ストッパは、外径が前記ロータの谷径の0.994倍以下であることを特徴とする請求項2記載の可変リラクタンス型レゾルバ。
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