JP2011099837A - Rotation angle sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励磁信号が入力する励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサに関するものである。 The present invention relates to a rotation angle sensor having a stator including an excitation coil that receives an excitation signal and a detection coil that outputs a detection signal, and a rotor that rotates at a position facing the stator.
従来、ハイブリッド自動車や電気自動車において、高出力のブラシレスモータが使用されている。ハイブリッド自動車のブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転位置を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切り替えを制御するには、ロータの回転位置を正確に把握している必要があるからである。特に、自動車においては、コギングがドライバビリティを悪くするので、コギングを減少させることが要望されているため、通電切替を正確に行いたいという要望が強い。
自動車のモータ軸の位置検出には、耐高温性、耐ノイズ性、耐振動性、耐高湿性等の機能を満足するために、レゾルバが使用されている。レゾルバは、モータの内部に組み込まれて、モータのロータ軸に直接取り付けられている。
Conventionally, high output brushless motors are used in hybrid vehicles and electric vehicles. In order to control a brushless motor of a hybrid vehicle, it is necessary to accurately grasp the rotational position of the output shaft of the motor. This is because it is necessary to accurately grasp the rotational position of the rotor in order to control energization switching to each coil of the stator. In particular, in an automobile, since cogging deteriorates drivability, there is a demand for reducing the cogging, and thus there is a strong demand for accurately switching energization.
A resolver is used for detecting the position of the motor shaft of an automobile in order to satisfy functions such as high temperature resistance, noise resistance, vibration resistance, and high humidity resistance. The resolver is incorporated in the motor and is directly attached to the rotor shaft of the motor.
例えば、特許文献１のレゾルバでは、金属製のレゾルバロータの外周に、レゾルバステータを配置している。レゾルバステータは、内周方向に突出したティースに導線を巻いて形成したコイルが、順次配置されている。
特許文献1のレゾルバは、通常、８〜１０ｋＨｚの周波数領域の励磁信号を使用しているため、コイルの巻線数が多く、コイルの外形寸法が大きくなり、レゾルバ自体のロータの軸心方向における長さが長くなる問題があった。ハイブリッド自動車用のモータ軸に使用する場合、モータが大きくなり、問題となっていた。
また、特許文献１の技術は、８〜１０ｋＨｚの周波数領域で励磁しているので、モータからの外乱電磁ノイズ（モータの回転数１８０００ｒｐｍ、ＮＳ極４対、６次モータの場合には、７．２ｋＨｚの周波数のノイズ）の影響を受けやすく、レゾルバ角度検出精度が低下する問題があった。
For example, in the resolver of
Since the resolver of
Further, since the technique of
この問題を解決するために、本出願人は、特許文献２において、（１）３００〜５００ｋＨｚの高周波の励磁信号を用いて、コイルの巻線数を減らすこと、（２）レゾルバステータ平板上に励磁コイルを印刷により形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを印刷により形成し、レゾルバステータ平板とレゾルバロータ平板とを対向させて配置することを提案している。これにより、レゾルバのロータの軸心方向の長さを短くでき、モータ軸に取り付けたときに、モータ全体の大きさを小さくできる効果を奏する。 In order to solve this problem, the present applicant, in Patent Document 2, (1) reducing the number of windings of a coil using a high-frequency excitation signal of 300 to 500 kHz, (2) on the resolver stator plate It has been proposed that an exciting coil is formed by printing, a detection coil is formed by printing on a resolver rotor flat plate, and a resolver stator flat plate and a resolver rotor flat plate are arranged facing each other. As a result, the length of the resolver rotor in the axial direction can be shortened, and when the motor is attached to the motor shaft, the size of the entire motor can be reduced.
しかしながら、従来の特許文献１、２の技術には、次のような問題があった。
（１）特許文献２の技術では、レゾルバステータ平板上に励磁コイルを形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを形成し、両方の平板上にロータリィトランスコイルを形成している。一対のロータリィトランスコイルは、検出コイルで発生した検出信号をレゾルバステータ側に伝達する機能を有している。しかし、ロータリィトランスコイルを用いて検出信号を伝達させると、信号の伝達効率が、１／１００程度まで低下する問題があった。これにより、Ｓ／Ｎが低下する問題があった。
特許文献１の技術では、レゾルバステータ側に励磁コイルと検出コイルとが形成され、レゾルバロータ側には、磁性体金属の歯が形成されているだけであり、ロータリィトランスコイルを使用していないため、この問題はないが、前述したように、軸心方向の長さが長くなるという問題が残っている。
また、特許文献１の技術は、８〜１０ｋＨｚの周波数領域で励磁しているので、モータからの外乱電磁ノイズの影響を受けやすく、レゾルバ角度検出精度が低下する問題があった。
However, the techniques of the
(1) In the technique of Patent Document 2, an exciting coil is formed on a resolver stator flat plate, a detection coil is formed on a resolver rotor flat plate, and a rotary transformer coil is formed on both flat plates. The pair of rotary transformer coils has a function of transmitting a detection signal generated by the detection coil to the resolver stator side. However, when the detection signal is transmitted using the rotary transformer coil, there is a problem that the signal transmission efficiency is reduced to about 1/100. As a result, there is a problem that S / N decreases.
In the technique of
In addition, since the technique of
本出願人は、特許文献２と特許文献１を組み合わせた実験を行った。レゾルバステータ平板上に励磁コイルと検出コイルとを形成する。一方、磁性体金属製のレゾルバロータ平板に切欠き部を形成する。切欠き部のない部分が特許文献１における歯に相当する部分である。
しかしながら、この実験では、検出電流の変化がほとんど発生することがなく、レゾルバの機能を全く果たさないことが確認された。
The present applicant conducted an experiment combining Patent Document 2 and
However, in this experiment, it was confirmed that the change in the detected current hardly occurred and the function of the resolver was not performed at all.
（２）特許文献２においては、１励磁、２出力の場合、検出コイルとして、正弦波コイルと余弦波コイルとを形成している。ここで、正弦波コイルは正弦波コイル層に形成され、余弦波コイルは余弦波コイル層に形成される。
しかし、正弦波コイル層と、余弦波コイル層が各々別々に積層されているので、正弦波コイルと励磁コイルとの隙間と、余弦波コイルと励磁コイルとの隙間が同じとならないため、レゾルバステータとレゾルバロータとの位置関係に変化があった場合に、発生する検出信号に誤差が発生する恐れがあった。
すなわち、自動車モータは大型のため、熱膨張や軸受のガタによる軸方向の寸法変化が大きい。例えば、レゾルバステータとレゾルバロータとの隙間が、軸方向で０．２５ｍｍ距離が変化した場合、正弦波コイルと励磁コイルとのゲインと、余弦波コイルと励磁コイルとのゲインに大きな差異が発生し、角度検出誤差が発生する恐れがある。
ここで、自動車用モータの出力軸は、精度の高い検出が望まれるため、特に問題となる。
(2) In Patent Document 2, in the case of one excitation and two outputs, a sine wave coil and a cosine wave coil are formed as detection coils. Here, the sine wave coil is formed in the sine wave coil layer, and the cosine wave coil is formed in the cosine wave coil layer.
However, since the sine wave coil layer and the cosine wave coil layer are laminated separately, the gap between the sine wave coil and the excitation coil and the gap between the cosine wave coil and the excitation coil are not the same. When there is a change in the positional relationship between the rotor and the resolver rotor, an error may occur in the generated detection signal.
That is, since the automobile motor is large, the dimensional change in the axial direction due to thermal expansion and backlash of the bearing is large. For example, when the gap between the resolver stator and the resolver rotor changes by 0.25 mm in the axial direction, a large difference occurs between the gain of the sine wave coil and the excitation coil and the gain of the cosine wave coil and the excitation coil. An angle detection error may occur.
Here, the output shaft of the motor for automobiles is particularly problematic because high-precision detection is desired.
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ロータリィトランスコイルを用いることなく、軸心方向の長さを短くしたレゾルバを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a resolver having a reduced length in the axial direction without using a rotary transformer coil.
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る回転角センサは、次の構成を有している。
（１）励磁信号が入力される励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサにおいて、前記ロータの前記ステータに対抗する位置に、非磁性導電体部と磁性体部とが交互に形成されていることを特徴とする。
（２）（１）に記載する回転角センサにおいて、非磁性導電体材上に前記磁性体部を設けることで、前記非磁性道電体部と前記磁性体部を形成すること、を特徴とする。
The rotation angle sensor according to the present invention made to solve the above problems has the following configuration.
(1) In a rotation angle sensor comprising: a stator that includes an excitation coil to which an excitation signal is input and a detection coil that outputs a detection signal; and a rotor that rotates at a position facing the stator. A non-magnetic conductor part and a magnetic part are alternately formed at positions facing the stator.
(2) In the rotation angle sensor described in (1), the nonmagnetic conductive material portion and the magnetic material portion are formed by providing the magnetic material portion on a nonmagnetic conductive material. To do.
（３）（２）に記載する回転角センサにおいて、前記磁性体部は、粒状の磁性材料が絶縁体中に分散して設けられていること、を特徴とする。
（４）（２）に記載する回転角センサにおいて、前記磁性体部は、絶縁体に覆われた磁性材料の粉末により形成されていること、を特徴とする。
（５）（２）に記載する回転角センサにおいて、前記磁性体部は、絶縁体に覆われた磁性材料の粉末を塗布乾燥させて形成されていること、を特徴とする。
(3) In the rotation angle sensor described in (2), the magnetic body portion is characterized in that a granular magnetic material is provided dispersed in an insulator.
(4) The rotation angle sensor described in (2) is characterized in that the magnetic part is formed of powder of a magnetic material covered with an insulator.
(5) In the rotation angle sensor described in (2), the magnetic body portion is formed by applying and drying a powder of a magnetic material covered with an insulator.
（６）（１）乃至（５）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記励磁コイルと前記検出コイルとが、前記ステータのベース平板上に積層して形成されていること、を特徴とする。
（７）（６）に記載する回転角センサにおいて、前記検出コイルが、順次連続する第１、第２正弦波コイルと、順次連続する第１、第２余弦波コイルを備えること、前記第１正弦波コイル、前記第１余弦波コイルが第１コイル層に形成され、前記第２正弦波コイル、前記第２余弦波コイルが第１コイル層に重なって形成された第２コイル層に形成されていること、を特徴とする。
(6) In any one of the rotation angle sensors described in (1) to (5), the excitation coil and the detection coil are stacked on the base plate of the stator. Features.
(7) In the rotation angle sensor described in (6), the detection coil includes first and second sine wave coils that are sequentially continuous, and first and second cosine wave coils that are sequentially continuous. The sine wave coil and the first cosine wave coil are formed on the first coil layer, and the second sine wave coil and the second cosine wave coil are formed on the second coil layer formed to overlap the first coil layer. It is characterized by that.
（８）（７）に記載する回転角センサにおいて、前記正弦波コイルの各々が、第１正弦波分割コイルと第２正弦波分割コイルに分割されており、前記第１正弦波分割コイルが前記第１コイル層に形成され、前記第２正弦波分割コイルが前記第２コイル層に形成されていること、前記余弦波コイルの各々が、第１余弦波分割コイルと第２余弦波分割コイルに分割されており、前記第１余弦波分割コイルが前記第２コイル層に形成され、前記第２余弦波分割コイルが前記第１コイル層に形成されていること、を特徴とする。
（９）（７）または（８）に記載する回転角センサにおいて、前記励磁コイルの導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていることを特徴とする。
(8) In the rotation angle sensor described in (7), each of the sine wave coils is divided into a first sine wave division coil and a second sine wave division coil, and the first sine wave division coil is Formed in the first coil layer, the second sine wave dividing coil is formed in the second coil layer, and each of the cosine wave coils is formed into a first cosine wave dividing coil and a second cosine wave dividing coil. The first cosine wave dividing coil is divided and formed in the second coil layer, and the second cosine wave dividing coil is formed in the first coil layer.
(9) In the rotation angle sensor described in (7) or (8), the number of turns and the winding direction of the conducting wire of the exciting coil are the same and are arranged in a single polarity in the circumferential direction. .
本発明の回転角センサの作用及び効果について説明する。
（１）励磁信号が入力される励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサにおいて、前記ロータの前記ステータに対抗する位置に、非磁性導電体部と磁性体部とが交互に形成されていることを特徴とするので、レゾルバロータの磁性体部が対向している正弦波コイルと余弦波コイルでは、各々所定の検出電流が流れる。すなわち、励磁コイルに励磁信号（正弦波信号）が入力されると、励磁コイルで正方向（励磁コイルで発生する磁束の方向を言う。）の所定量の磁束が発生する。この磁束は、レゾルバロータの磁性体部を通過して磁気回路を形成するので、磁束の発生が多くなる。そして、発生した磁束により発生する誘起電流である検出電流は大きくなる。
The operation and effect of the rotation angle sensor of the present invention will be described.
(1) In a rotation angle sensor comprising: a stator that includes an excitation coil to which an excitation signal is input and a detection coil that outputs a detection signal; and a rotor that rotates at a position facing the stator. Since the non-magnetic conductor part and the magnetic part are alternately formed at the position facing the stator, the sine wave coil and the cosine wave coil in which the magnetic part of the resolver rotor is opposed to each other , A predetermined detection current flows. That is, when an excitation signal (sine wave signal) is input to the excitation coil, a predetermined amount of magnetic flux is generated in the positive direction (referring to the direction of magnetic flux generated in the excitation coil). Since this magnetic flux passes through the magnetic part of the resolver rotor to form a magnetic circuit, the generation of magnetic flux increases. And the detection current which is an induced current generated by the generated magnetic flux becomes large.
一方、レゾルバロータの非磁性導電体部が対向している正弦波コイルと余弦波コイルでは、検出電流はほとんど流れない。その理由を説明する。励磁コイルで発生した磁束により非磁性導電体部では、表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（励磁信号で発生する磁束の方向に対して逆方向を言う。）の磁束が発生する。励磁コイルで発生した正方向の磁束と、渦電流により発生した負方向の磁束が打ち消しあうため、磁束による誘起電流の発生がほとんどなく、検出コイルに電流が流れないのである。
ここで、非磁性体を置かずに、空間とした場合には、渦電流による負方向の磁束が発生せず、検出コイルに電流が流れるため、磁性体部との差異が小さくて、Ｓ／Ｎ比が悪く、レゾルバとして使用することができないことを、本発明者は、実験により確認している。
On the other hand, the detection current hardly flows in the sine wave coil and the cosine wave coil in which the nonmagnetic conductor portions of the resolver rotor face each other. The reason will be explained. An eddy current is generated on the surface of the nonmagnetic conductor due to the magnetic flux generated by the exciting coil. The generated eddy current generates a magnetic flux in the negative direction (which is the opposite direction to the direction of the magnetic flux generated by the excitation signal). Since the positive magnetic flux generated by the exciting coil and the negative magnetic flux generated by the eddy current cancel each other, there is almost no induction current due to the magnetic flux and no current flows through the detection coil.
Here, when the space is formed without placing the non-magnetic material, the magnetic flux in the negative direction due to the eddy current is not generated, and the current flows through the detection coil. The inventor has confirmed through experiments that the N ratio is poor and cannot be used as a resolver.
（２）（１）に記載する回転角センサにおいて、非磁性導電体材上に前記磁性体部を設けることで、前記非磁性道電体部と前記磁性体部を形成すること、を特徴とするので、レゾルバロータのベース平板を非磁性導電体で形成し、その上に磁性体部を設けているだけなので、レゾルバロータの構造をシンプルにでき、コストダウンを実現できる。また、レゾルバロータは高速で回転するが、レゾルバロータがコイルを持たないため、遠心力等による外乱応力に対して、信頼性が高い。
（３）（２）に記載する回転角センサにおいて、前記磁性体部は、粒状の磁性材料が絶縁体中に分散して設けられていること、を特徴とするので、簡便な方法で磁性体部を形成できるため、コストダウンできる。
また、絶縁された磁性粉末を使用しているので、磁性材料に発生する渦電流が小さいため、検出コイルを貫通する反磁界を少なくでき、検出電流を大きくすることができる。
また、磁性粉末は直径が１〜３０μｍであり、外周に絶縁層がコーティングされているので、磁性粉末同士が導通して渦電流が発生することがない。
(2) In the rotation angle sensor described in (1), the nonmagnetic conductive material portion and the magnetic material portion are formed by providing the magnetic material portion on a nonmagnetic conductive material. Therefore, since the base plate of the resolver rotor is formed of a nonmagnetic conductor and the magnetic body portion is provided thereon, the structure of the resolver rotor can be simplified and the cost can be reduced. Further, although the resolver rotor rotates at a high speed, since the resolver rotor does not have a coil, it has high reliability against disturbance stress due to centrifugal force or the like.
(3) In the rotation angle sensor described in (2), the magnetic body portion is characterized in that a granular magnetic material is provided dispersed in an insulator. Since the portion can be formed, the cost can be reduced.
Moreover, since the insulated magnetic powder is used, since the eddy current generated in the magnetic material is small, the demagnetizing field penetrating the detection coil can be reduced, and the detection current can be increased.
Moreover, since the magnetic powder has a diameter of 1 to 30 μm and is coated with an insulating layer on the outer periphery, the magnetic powder does not conduct and eddy current does not occur.
（４）（２）に記載する回転角センサにおいて、前記磁性体部は、絶縁体に覆われた磁性材料の粉末により形成されていること、を特徴とするので、絶縁された磁性粉末を使用しているので、磁性材料に発生する渦電流が小さいため、検出コイルを貫通する反磁界を少なくでき、検出電流を大きくすることができる。
また、磁性体部における磁性体の分布を均一化することができ、発生する磁束の均一性を高めることができる。
また、磁性粉末は直径が１〜３０μｍであり、外周に絶縁層がコーティングされているので、磁性粉末同士が導通して渦電流が発生することがない。
（５）（２）に記載する回転角センサにおいて、前記磁性体部は、絶縁体に覆われた磁性材料の粉末を塗布乾燥させて形成されていること、を特徴とするので、非磁性体ロータベース平板の所定の位置に、ペースト状にした磁性粉末を塗布（例えば、スクリーン印刷）して乾燥させるだけで、レゾルバロータを製造することができ、製造効率を高め、レゾルバのコストダウンを実現できる。すなわち、特許文献１の技術では、レゾルバロータを機械加工により高精度で製造しなければならず、製造コストが高くなっていた。それに対して、本発明では、スクリーン印刷によりレゾルバロータを製造できるため、大幅なコストダウンを実現できる。また、磁性体部における磁性体の分布を均一化することができ、発生する磁束の均一性を高めることができる。
また、絶縁された磁性粉末を使用しているので、磁性材料に発生する渦電流が小さいため、検出コイルを貫通する反磁界を少なくでき、検出電流を大きくすることができる。
また、磁性粉末は直径が１〜３０μｍであり、外周に絶縁層がコーティングされているので、磁性粉末同士が導通して渦電流が発生することがない。
(4) In the rotation angle sensor described in (2), the magnetic body portion is formed of a powder of a magnetic material covered with an insulator, and therefore the insulated magnetic powder is used. Therefore, since the eddy current generated in the magnetic material is small, the demagnetizing field penetrating the detection coil can be reduced, and the detection current can be increased.
In addition, the distribution of the magnetic substance in the magnetic part can be made uniform, and the uniformity of the generated magnetic flux can be improved.
Moreover, since the magnetic powder has a diameter of 1 to 30 μm and is coated with an insulating layer on the outer periphery, the magnetic powder does not conduct and eddy current does not occur.
(5) In the rotation angle sensor described in (2), the magnetic body portion is formed by applying and drying a powder of a magnetic material covered with an insulator. A resolver rotor can be manufactured simply by applying a paste-like magnetic powder (for example, screen printing) to a predetermined position on the rotor base flat plate and drying it. This increases the manufacturing efficiency and reduces the cost of the resolver. it can. That is, in the technique of
Moreover, since the insulated magnetic powder is used, since the eddy current generated in the magnetic material is small, the demagnetizing field penetrating the detection coil can be reduced, and the detection current can be increased.
Moreover, since the magnetic powder has a diameter of 1 to 30 μm and is coated with an insulating layer on the outer periphery, the magnetic powder does not conduct and eddy current does not occur.
（６）（１）乃至（５）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記励磁コイルと前記検出コイルとが、前記ステータのベース平板上に積層して形成されていること、を特徴とするので、励磁コイルと検出コイルの距離を小さくできるため、ゲインを大きくできる。
（７）（６）に記載する回転角センサにおいて、前記検出コイルが、順次連続する第１、第２正弦波コイルと、順次連続する第１、第２余弦波コイルを備えること、前記第１正弦波コイル、前記第１余弦波コイルが第１コイル層に形成され、前記第２正弦波コイル、前記第２余弦波コイルが第１コイル層に重なって形成された第２コイル層に形成されていること、を特徴とするので、レゾルバを取り付けたときに、レゾルバステータとレゾルバロータとの隙間が変化しても、正弦波コイルとレゾルバロータとの位置関係と、余弦波コイルとレゾルバロータの位置関係とが、常に一定とされているため、隙間の変化により発生する誤差を低減できる。
(6) In any one of the rotation angle sensors described in (1) to (5), the excitation coil and the detection coil are stacked on the base plate of the stator. Since it is a feature, the distance between the excitation coil and the detection coil can be reduced, so that the gain can be increased.
(7) In the rotation angle sensor described in (6), the detection coil includes first and second sine wave coils that are sequentially continuous, and first and second cosine wave coils that are sequentially continuous. The sine wave coil and the first cosine wave coil are formed on the first coil layer, and the second sine wave coil and the second cosine wave coil are formed on the second coil layer formed to overlap the first coil layer. Even if the gap between the resolver stator and the resolver rotor changes when the resolver is attached, the positional relationship between the sine wave coil and the resolver rotor, and the cosine wave coil and resolver rotor Since the positional relationship is always constant, an error caused by a change in the gap can be reduced.
（８）（７）に記載する回転角センサにおいて、前記正弦波コイルの各々が、第１正弦波分割コイルと第２正弦波分割コイルに分割されており、前記第１正弦波分割コイルが前記第１コイル層に形成され、前記第２正弦波分割コイルが前記第２コイル層に形成されていること、前記余弦波コイルの各々が、第１余弦波分割コイルと第２余弦波分割コイルに分割されており、前記第１余弦波分割コイルが前記第２コイル層に形成され、前記第２余弦波分割コイルが前記第１コイル層に形成されていること、を特徴とするので、正弦波コイル及び余弦波コイルの個数、配置を任意の位置に設計することができる。
（９）（６）に記載する回転角センサにおいて、前記励磁コイルの導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていることを特徴とするので、円周方向の全ての箇所において、励磁信号を均一な条件で励磁することができる。
(8) In the rotation angle sensor described in (7), each of the sine wave coils is divided into a first sine wave division coil and a second sine wave division coil, and the first sine wave division coil is Formed in the first coil layer, the second sine wave dividing coil is formed in the second coil layer, and each of the cosine wave coils is formed into a first cosine wave dividing coil and a second cosine wave dividing coil. A sine wave, wherein the first cosine wave dividing coil is formed in the second coil layer, and the second cosine wave dividing coil is formed in the first coil layer. The number and arrangement of the coils and cosine wave coils can be designed at arbitrary positions.
(9) In the rotation angle sensor described in (6), the number of turns and the winding direction of the conducting wire of the exciting coil are the same and are arranged in a single polarity in the circumferential direction. The excitation signal can be excited under uniform conditions at all points in the direction.
以下、本発明の振幅式ゾルバを具体化した第１実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、レゾルバ付きモータ（以下、単に「モータ」と言う。）１の一端部を断面図により示す。図２に、図１の鎖線楕円Ｓ１の中を拡大断面図により示す。図３に、図２の一部を拡大断面図により示す。図１に示すように、モータ１は、モータケース２と、モータケース２の内部に設けられたモータステータ３及びモータロータ４と、モータロータ４の中心に一体に設けられたモータシャフト５とを含む。モータシャフト５の一端部は、モータケース２の外部へ若干突出する。モータケース２は、ケース本体６と、ケース本体６の開口端を塞ぐように固定されたエンドプレート７とを含む。
Hereinafter, a first embodiment in which the amplitude type solver of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of one end portion of a resolver-equipped motor (hereinafter simply referred to as “motor”) 1. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the inside of the chain line ellipse S1 of FIG. FIG. 3 shows a part of FIG. 2 in an enlarged sectional view. As shown in FIG. 1, the
図１に示すように、モータステータ３は、ケース本体６に固定される。モータステータ３は、ステータコア８とコイル９を含む。モータロータ４は、モータステータ３の内側に配置される。モータシャフト５は、エンドプレート７に設けられたベアリング１０と、モータケース２の反対側の端部に設けられた別のベアリング（図示略）とを介して回転可能に支持される。この実施形態では、モータシャフト５が中空状に形成され、その一端が凹部としての開口５ａとなっている。そして、このモータ１は、モータステータ３のコイル９を励磁することにより、モータロータ４がモータシャフト５と一体に回転するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
図１，２に示すように、エンドプレート７は、その外側にモータシャフト５を中心に形成された凹部７ａを含む。図１〜３に示すように、この実施形態で、レゾルバ１１は、モータケース２の外側において、この凹部７ａの中に配置される。レゾルバ１１は、レゾルバロータ１２と、レゾルバロータ１２に所定の隙間を介し対向して配置されたレゾルバステータ１３とを含む。レゾルバロータ１２は、エンドプレート７の凹部７ａにて、モータシャフト５の先端に固定される。レゾルバステータ１３は、同じく凹部７ａにて、レゾルバロータ１２を覆うようにしてエンドプレート７に固定される。
ステータボディ１４は、ボルト１６によりエンドプレート７に固定される。この固定の際には、ボルト１６とステータボディ１４のブラケット１４ｅとの間に板ばね座金１７が組み付けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
図４に、レゾルバの位置検出制御をブロック図で示す。
レゾルバ１１は、大きく回路部５８とセンサ部５９に分けられる。回路部５８において、基準クロック発生器５５は、分周回路５６に接続している。また、分周回路５６は、カウンタ５７に接続している。また、カウンタ５７は、Ｄ／Ａコンバータ５８と分周回路５９に接続している。また、Ｄ／Ａコンバータ５８は、励磁コイル２３に接続している。また、カウンタ５７は、分周回路５９に接続している。
また、分周回路５９は、正弦波用の同期検波器５１、及び余弦波用の同期検波器５２に接続している。また、同期検波器５１は、積分回路５３に接続している。また、同期検波器５２は、積分回路５４に接続している。また、積分回路５３と積分回路５４は、演算機６０に接続している。
センサ部５９において、正弦波コイル２１は、同期検波器５１に接続している。また、余弦波コイル２２は、同期検波器５２に接続している。励磁コイル２３は、Ｄ／Ａコンバータに接続している。レゾルバロータ１２は、電気的接続を有していない。
FIG. 4 is a block diagram showing resolver position detection control.
The
The
In the
次に、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２、及び励磁コイル２３の構造について、詳細に説明する。図５に、レゾルバステータ１３の構造を分解斜視図で示す。また、図５の構成を３組に分けた拡大図を図６〜８に示す。
図６に示すように、最下層には、外周の３箇所に取り付け部が形成された中空円盤状のステータベース平板３０が配置されている。
ステータベース平板３０の上には、絶縁層３１が形成されている。絶縁層３１の上には、第１励磁コイル２３Ａが形成されている。第１励磁コイル２３Ａは、９０度ずつに分割されて、４個の分割コイル２３Ａ１、２３Ａ２、２３Ａ３、２３Ａ４を有している。また、第１励磁コイル２３Ａは、一対の端子部２３Ａａ、２３Ａｂを有している。
第１励磁コイル２３Ａの上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２の上には、第２励磁コイル２３Ｂが形成されている。第２励磁コイル２３は、第１励磁コイル２３Ａの４個のコイルと対応する同じ位置に、４個の分割コイル２３Ｂ１、２３Ｂ２、２３Ｂ３、２３Ｂ４を有している。
励磁コイル２３は、全て同じ方向、同じ巻数で構成されており、円周方向において、ほぼ均一な磁束を発生することができ、同磁性で均一な励磁を行うことができる。
Next, the structure of the
As shown in FIG. 6, a hollow disk-shaped stator base
An insulating
An insulating
The exciting coils 23 are all configured in the same direction and the same number of turns, can generate a substantially uniform magnetic flux in the circumferential direction, and can perform uniform excitation with the same magnetism.
図７に示すように、第１励磁コイル２３Ａの分割コイル２３Ａ１の内周に形成された端子２３Ａ１ａが、絶縁層３２の透孔３２１を通って、第２励磁コイル２３Ｂの分割コイル２３Ｂ１ａに接続されている。分割コイル２３Ｂ１の最外周導線は、分割コイル２３Ｂ４の最外周に接続している。分割コイル２３Ｂ４の内周に形成された端子２３Ｂ４ａは、絶縁層３２の透孔３２４を通って、分割コイル２３Ａ４の内周に形成された端子２３Ａ４ａに接続している。
このようにして、順次第１励磁コイル２３Ａと第２励磁コイル２３Ｂの各分割コイルが接続されている。第２励磁コイル２３Ｂの上には、絶縁層３３が形成されている。
励磁コイル２３を、第１励磁コイル２３Ａと第２励磁コイル２３Ｂに分けて２層に構成しているのは、２層にすることにより面積を増やすことなく、発生する磁束量を増加させるためである。
As shown in FIG. 7, the terminal 23A1a formed on the inner periphery of the split coil 23A1 of the
In this way, the divided coils of the first
The reason why the
図８に示すように、絶縁層３３の上には、第１検出コイル層３４が形成されている。第１検出コイル層３４は、４５度ずつに分割された８個の分割コイルを有している。すなわち順次、余弦波分割コイル２２Ａ、正弦波分割コイル２１Ｂ、余弦波分割コイル２２Ｃ、正弦波分割コイル２１Ｄ、余弦波分割コイル２２Ｅ、正弦波分割コイル２１Ｆ、余弦波分割コイル２２Ｇ、正弦波分割コイル２１Ｈが形成されている。第１検出コイル層３４の上には、絶縁層３５が形成されている。
絶縁層３５の上には、第２検出コイル層３６が形成されている。第２検出コイル層３６は、４５度ずつに分割された８個の分割コイルを有している。すなわち、余弦波分割コイル２２Ａに対応する位置に正弦波分割コイル２１Ａが形成され、正弦波分割コイル２１Ｂに対応する位置に余弦波分割コイル２２Ｂが形成されている。同様にして順次、正弦波分割コイル２１Ｃ、余弦波分割コイル２２Ｄ、正弦波分割コイル２１Ｅ、余弦波分割コイル２２Ｆ、正弦波分割コイル２１Ｇ、余弦波分割コイル２２Ｈが形成されている。第２検出コイル層３６の上には、絶縁層３７が形成されている。
As shown in FIG. 8, a first
A second
８個の正弦波分割コイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ、２１Ｈは、順次、絶縁層３５に形成された透孔３５ａを通って接続され、第１検出コイル層３４と第２検出コイル層３６を交互に往復しながら、１つの正弦波コイル２１を形成している。
正弦波分割コイル２１Ｂ、２１Ｃにより、第１正弦波コイル２１ＢＣが構成され、正弦波分割コイル２１Ｄ、２１Ｅにより、第２正弦波コイル２１ＤＥが構成され、正弦波分割コイル２１Ｆ、２１Ｇより、第３正弦波コイル２１ＦＧが構成され、正弦波分割コイル２１Ｈ、２１Ａにより、第４正弦波コイル２１ＨＡが構成される。第１正弦波コイルＢＣ、第３正弦波コイルＦＧと、第２正弦波コイルＤＥ、第４正弦波コイルＨＡとは、巻き方向が逆であり、正方向の磁束に対して逆向きの誘起電流を発生する。
The eight sine
The sine
同様に、８個の余弦波分割コイル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈは、順次、絶縁層３５に形成された透孔３５ａを通って接続され、第１検出コイル層３４と第２検出コイル層３６を交互に往復しながら、１つの余弦波コイル２２を形成している。
余弦波分割コイル２２Ａ、２２Ｂにより、第１余弦波コイル２２ＡＢが構成され、余弦波分割コイル２２Ｃ、２２Ｄにより、第２余弦波コイル２２ＣＤが構成され、余弦波分割コイル２２Ｅ、２２Ｆより、第３余弦波コイル２２ＥＦが構成され、余弦波分割コイル２２Ｇ、２２Ｈにより、第４余弦波コイル２２ＧＨが構成される。第１余弦波コイルＡＢ、第３余弦波コイルＥＦと、第２余弦波コイルＣＤ、第４余弦波コイルＧＨとは、巻き方向が逆であり、正方向の磁束に対して逆向きの誘起電流を発生する。
これにより、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２とは、４５度角度をずらして形成されている。
Similarly, the eight cosine
The cosine
As a result, the
次に、レゾルバロータ１２の構造について図９を用いて説明する。中空円盤状に示すロータベース平板４１を９０度で４分割した箇所のうち、対向する２箇所に磁性体部４２が形成されている。ロータベース平板４１は、図１に示すように、中空部にボス部が形成されているのであるが、図９では、ボス部の記載を省略している。
ロータベース平板４１は、本実施例では、ＳＵＳ３０５（非磁性体）を使用しているが、非磁性体金属であれば、アルミニウム、真鍮等を用いても良い。
磁性体部４２は、直径が１〜３０μｍの強磁性体である磁性粉末の外側周りに、絶縁体をコーティングしたものをペースト状にして、図９に示す位置に、２０〜１００μｍの厚みでスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させ、固定したものである。磁性粉末としては、ニッケル−亜鉛系フェライト等の、透磁率の実部が高く（１０〜１００）、虚部が低い強磁性のものを用いると良い。透磁率の実部が高いことにより、外部磁界の周波数が高い場合でも、磁化の反転が周波数に良く追従することができる。
なお、レゾルバロータ１２の製造方法、及び構造は、上記に限定されることなく、例えば、シート状磁性体、電磁鋼板または樹脂等の絶縁材に粒状の磁性材を分散させたものを、ロータベース平板３０上に貼り付け等により形成しても良い。
レゾルバロータ１２は、９０度で４分割した箇所のうち、対向する２箇所に磁性体部４２が形成されており、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２が、４５度で分割した８箇所に分割コイルを有するので、２Ｘの検出コイルを構成している。
Next, the structure of the
In this embodiment, the rotor base
The
The manufacturing method and structure of the
The
次に、上記構成を有するレゾルバ１１の作用について説明する。
図４に示す制御回路において、基準クロック発生器５５は、３２ＭＨｚの高周波の基準クロックを生成する。分周回路５６は、周波数分割回路とも呼ばれ、基準クロック発生器５５で生成した高い周波数のクロックを、低周波のクロックに変換する回路である。分周回路５６は、３２ＭＨｚの基準クロックを５００ｋＨｚの周波数に分周する。カウンタ５７は、６４個のパルスをカウントし、Ｄ／Ａコンバータ５８に対して、６４個のパルスを１周期として出力する。
Ｄ／Ａコンバータ５８は６４個のパルスを１周期として、振幅変調させることにより、５００ｋＨｚ／６４＝７．８１２５ｋＨｚの正弦波励磁信号を作成し、励磁コイル２３を励磁する。励磁コイル２３に正弦波励磁信号が通電されることにより、磁界が発生し、検出コイルである正弦波コイル２１と余弦波コイル２２に誘起電流である検出電流が流れる。この作用については、後で詳細に説明する。
Next, the operation of the
In the control circuit shown in FIG. 4, the
The D /
分周回路５９は、カウンタ５７のカウント値を受けて、必要な検出タイミングで、同期検波器５１、５２に、検出タイミング信号を入力する。
同期検波回路５１は、分周回路５９のタイミングで、正弦波コイル２１から入力された検出電流値を読み出し、積分回路５３に送る。積分回路５３は、検出電流の電流値を、所定時間分だけ積分することにより、検出電流値を部分平均している。部分平均された積分回路出力は、演算機６０に送られる。
所定時間分だけ積分を行っている理由は、本実施の形態では、５００ｋＨｚの搬送波を振幅変調して、７．８１２５ｋＨｚの信号波としているので、ある時刻における誘起電流は、搬送波による誘起電流ちとなる。搬送波の誘起電流値でなく、信号波の誘起電流値を得るために、所定時間内における誘起電流値の積分を算出しているのである。すなわち、複数個の搬送波を積分している。
The
The
The reason why the integration is performed for a predetermined time is that, in this embodiment, the 500 kHz carrier wave is amplitude-modulated to generate a 7.8125 kHz signal wave, and therefore the induced current at a certain time becomes the induced current due to the carrier wave. . In order to obtain the induced current value of the signal wave instead of the induced current value of the carrier wave, the integral of the induced current value within a predetermined time is calculated. That is, a plurality of carrier waves are integrated.
同様に、同期検波回路５２は、分周回路５９のタイミングで、余弦波コイル２２から入力された検出電流値を読み出し、積分回路５４に送る。積分回路５４は、検出電流の電流値を、所定時間分だけ積分することにより、検出電流値を部分平均している。積分回路５４の機能は、積分回路５３と同じである。部分平均された積分回路出力は、演算機６０に送られる。
演算機６０は、積分回路５３から入力した正弦波コイル２１の積分回路出力と、積分回路５４から入力した余弦波コイル２２の積分回路出力との比を求め、その比を角度データ６１として、出力する。振幅式レゾルバでは、ある瞬間の電気角における、正弦波コイル２１の積分回路出力と、余弦波コイル２２の積分回路出力との比は、電気角と一義的に対応しているため、その比を角度データとして得れば、現在のレゾルバロータ１２の角度を測定することができる。
Similarly, the
The
次に、励磁コイル２３、レゾルバロータ１２、正弦波コイル２１、及び余弦波コイル２２の作用を説明する。
図１２（ａ）に、ある時間におけるレゾルバステータ１３（ステータベース平板３０、励磁コイル２３、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）と、レゾルバロータ１２（ロータベース平板４１、磁性体部４２）の位置関係を示す。実際は、円形状のグラフとなるのであるが、見やすいように直線上のグラフとしている。
横軸にとった電気角は３６０度（２Ｘコイルなので機械角は１８０度）である。レゾルバステータ１３は、ステータベース平板３０の上に、励磁コイル２３が形成され、その上に正弦波コイル２１と余弦波コイル２２が形成されている。レゾルバロータ１２は、２箇所に、各々電気角で１８０度分（２Ｘコイルなので機械角は９０度）の範囲に磁性体部４２が形成されている。磁性体部４２の間には、ロータベース平板４１の一部である非磁性導電体部４１Ａが存在する。
Next, operations of the
FIG. 12A shows the resolver stator 13 (stator base
The electrical angle taken on the horizontal axis is 360 degrees (the mechanical angle is 180 degrees because it is a 2X coil). In the
図１０に、図１２（ａ）のうち、レゾルバロータ１２の磁性体部４２がある部分における断面を示す。
励磁コイル２３（２３Ａ、２３Ｂ）に、Ｄ／Ａコンバータ５８から、５００ｋＨｚの搬送波により、振幅変調された７．８１２５ｋＨｚの信号波が入力すると、その電流値に応じて、正方向（励磁コイルで発生する磁束の方向を言う。）の磁束ＩＡが発生する。磁束ＩＡは、強磁性体からなる磁性体部４２の存在により、強められる。磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に誘起電流が流れる。
FIG. 10 shows a cross section of the part of the
When a 7.8125 kHz signal wave amplitude-modulated by a 500 kHz carrier wave is input from the D /
一方、図１１は、レゾルバロータ１２の磁性体部４２がない部分における断面を示している。
レゾルバロータ１２の磁性体部４２がない部分では、非磁性体金属であるロータベース平板４１の非磁性導電体部４１Ａが、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２に対向している。励磁コイル２３（２３Ａ、２３Ｂ）に、Ｄ／Ａコンバータ５８から、５００ｋＨｚの搬送波により、振幅変調された７．８１２５ｋＨｚの信号波が入力すると、その電流値に応じて、正方向（励磁コイルで発生する磁束の方向を言う。）の磁束ＩＡが発生する。
しかし、非磁性体金属である非磁性導電体部４１Ａに磁束ＩＡが入ると、非磁性導電体部４１Ａの表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（励磁信号で発生する磁束の方向に対して逆方向を言う。）の磁束ＩＢが発生する。この磁束ＩＢにより、励磁コイル２３で発生した正方向の磁束ＩＡが打ち消されるため、全体としての磁束は、図１０の場合と比較して、ほとんど無くなってしまう。
したがって、図１２（ａ）の状態では、磁性体部４２と重なる領域（電気角１６０度から３４０度まで）のみ磁束ＩＡが発生するとみなすことができる。
On the other hand, FIG. 11 shows a cross section of a portion of the
In a portion where the
However, when the magnetic flux IA enters the
Therefore, in the state of FIG. 12A, it can be considered that the magnetic flux IA is generated only in a region overlapping with the magnetic part 42 (from an electrical angle of 160 degrees to 340 degrees).
ここで、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２について説明する。
図１７（ａ）に正弦波コイル２１の一例を示す。ここでは、見やすくするために、同一平面状で表現している。４個の正弦波コイル２１は、７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ、２１ｂ−２１ｍ、２１ｃ−２１ｌ、２１ｄ−２１ｋ、２１ｅ−２１ｊ、２１ｆ−２１ｉ、２１ｇ−２１ｈから構成されている。図１６（ａ）は、各組のコイル導線により発生し得る誘起電流の大きさをそれぞれ矩形２１´ａ−２１´ｎ、２１´ｂ−２１´ｍ、２１´ｃ−２１´ｌ、２１´ｄ−２１´ｋ、２１´ｅ−２１´ｊ、２１´ｆ−２１´ｉ、２１´ｇ−２１´ｈで表したものである。そして、正弦波コイル２１全体で発生し得る誘起電流の大きさは、波形２１´で表される。
同様に、図１７（ｂ）に余弦波コイル２２の一例を示す。ここでは、見やすくするために、同一平面状で表現している。４個の余弦波コイル２２は、７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ、２２ｂ−２２ｍ、２２ｃ−２２ｌ、２２ｄ−２２ｋ、２２ｅ−２２ｊ、２２ｆ−２２ｉ、２２ｇ−２２ｈから構成されている。図１６（ａ）に各組のコイル導線により発生し得る誘起電流の大きさをそれぞれ矩形２２´ａ−２２´ｎ、２２´ｂ−２２´ｍ、２２´ｃ−２２´ｌ、２２´ｄ−２２´ｋ、２２´ｅ−２２´ｊ、２２´ｆ−２２´ｉ、２２´ｇ−２２´ｈで表したものである。そして、余弦波コイル２２全体で発生し得る誘起電流の大きさは波形２２´で表される。
Here, the
FIG. 17A shows an example of the
Similarly, an example of the
図１２（ｂ）に、磁束ＩＡにより、正弦波コイル２１で発生する誘起電流ＭＡ、余弦波コイル２２で発生する誘起電流ＭＢを示す。
図１２（ｃ）に、（ａ）の波形２１´のみを取り出して表す。電気角１６０度から１８０度までの範囲では、ＭＳＡ１で示す面積のプラスの誘起電流（＋ＭＳＡ１）が発生し、電気角１８０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＡ２で示すマイナスの誘起電流（−ＭＳＡ２）が発生する。したがって、正弦波コイル２１で発生する誘起電流ＭＡ＝＋ＭＳＡ１−ＭＳＡ２である。これを図１２（ｂ）に示す。
一方、図１２（ｄ）に、（ａ）の波形２２´のみを取り出して表す。電気角１６０度から２７０度までの範囲では、ＭＳＢ１で示す面積のマイナスの誘起電流（−ＭＳＢ１）が発生し、電気角２７０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＢ２で示すプラスの誘起電流（＋ＭＳＢ２）が発生する。したがって、余弦波コイル２２で発生する誘起電流の総量ＭＢ＝＋ＭＳＢ２−ＭＳＢ１である。これを図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示す誘起電流ＭＡ、誘起電流ＭＢは、電流計で計測される実際の計測値である。
次に、正弦波コイル２１で発生する誘起電流ＭＡについて、積分回路５３により高周波成分をなまして、ＭＡＡを求める。また、余弦波コイル２２で発生する誘起電流ＭＢについて、積分回路５４により高周波成分をなまして、ＭＢＢを求める。
そして、演算機６０が、ＭＡＡとＭＢＢの比（ＭＡＡ／ＭＢＢ）を算出する。ＭＡＡ／ＭＢＢより、レゾルバステータ１３に対するレゾルバロータ１２の角度変位を求めることができる。
演算機６０は、ＭＡＡ／ＭＢＢを角度データ６１として、出力する。
FIG. 12B shows an induced current MA generated in the
FIG. 12C shows only the
On the other hand, FIG. 12D shows only the
Next, with respect to the induced current MA generated in the
Then, the
The
レゾルバロータ１２が回転したときのレゾルバ１１の作用を図１３〜１５に示す。図１３のグラフは、横軸が電気角（−９０度〜３６０度）と機械角（−４５度〜１８０度）であり、縦軸が電流値である。本実施の形態のレゾルバ１１は、２Ｘのものなので、電気角は機械角の２倍となっている。ＳＡが正弦波コイル２１の出力カーブであり、ＳＢが余弦波コイル２２の出力カーブである。
図１４に、ロータ角度Ｔ１における、正弦波コイル２１と非磁性導電体部４１（４１Ａ、４１Ｂ）との位置関係を示し、下段に余弦波コイル２２と非磁性導電体部４１（４１Ａ、４１Ｂ）との位置関係を示す。見やすくするために、図１４では図７と異なり、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２を各々一つの面に表現している。
また、Ｌ１〜Ｌ４は、正方向の磁束ＩＡの強い部分を示す。
The action of the
FIG. 14 shows the positional relationship between the
L1 to L4 indicate portions where the positive direction magnetic flux IA is strong.
ロータ角度Ｔ１においては、正弦波コイル２１の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈのうち、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｇ、２１Ｈの全ての領域が、レゾルバロータ１２の磁性体部４２に対向している。そして、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｅ、２１Ｆの全ての領域が、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂに対向している。
励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向なので、第１正弦波コイル２１ＢＣと第２正弦波コイルＤＥでは、絶対値の等しい逆向きの誘起電流が発生する。同様に、第３正弦波コイル２１ＦＧと第４正弦波コイルＨＡでは、絶対値の等しい逆向きの誘起電流が発生する。
一方、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂの領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイル２１に誘起電流が流れない。そのため、正弦波コイル２１を流れる電流値はゼロ（ＳＡＴ１）となる。
本実施の形態では、正弦波コイル２１の誘起電流値を得るために、図４に示す積分回路５３により、所定時間内における誘起電流値の積分を算出している。
At the rotor angle T <b> 1, all the
Since the magnetic flux IA generated by the
On the other hand, in the region of the
In the present embodiment, in order to obtain the induced current value of the
一方、ロータ角度Ｔ１においては、余弦波コイル２２の８個の正弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈのうち、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｇ、２２Ｈの全ての領域が、レゾルバロータ１２の磁性体部４２に対向している。そして、２２Ａ、２２Ｂ、２１２、２１２の全ての領域が、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂに対向している。
励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向なので、第２正弦波コイル２１ＣＤでは、最大の誘起電流が発生する。同様に、第４余弦波コイル２１ＧＨでは、最大の誘起電流が発生する。第１余弦波コイル２２ＡＢ、第３余弦波コイル２２ＥＦでは、誘起電流は発生しない。
一方、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂの領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイル２２に誘起電流が流れない。そのため、余弦波コイル２２を流れる電流値は最大（ＳＢＴ１）となる。
本実施の形態では、余弦波コイル２２の誘起電流値を得るために、図４に示す積分回路５４により、所定時間内における誘起電流値の積分を算出している。
On the other hand, at the rotor angle T1, among the eight sine
Since the magnetic flux IA generated by the
On the other hand, in the region of the
In the present embodiment, in order to obtain the induced current value of the
図１５に、ロータ角度Ｔ２における、正弦波コイル２１と非磁性導電体部４１（４１Ａ、４１Ｂ）との位置関係を示し、下段に余弦波コイル２２と非磁性導電体部４１（４１Ａ、４１Ｂ）との位置関係を示す。見やすくするために、図１５では図７と異なり、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２を各々一つの面に表現している。ロータ角度Ｔ１から図１５に示す矢印Ｐの方向に図示しないレゾルバロータ１２が電気角で２４０度（機械角で１２０度）回転した状態である。
ロータ角度Ｔ２においては、正弦波コイル２１の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈのうち、２１Ｅ、２１Ａの全ての領域、及び正弦波分割コイル２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｂの一部の領域が、レゾルバロータ１２の磁性体部４２に対向している。そして、２１Ｇ、２１Ｃの全ての領域、及び正弦波分割コイル２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｂの一部の領域が、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂに対向している。
励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向なので、第２正弦波コイル２１ＤＥと第３正弦波コイルＦＧでは、逆向きの誘起電流が発生する。同様に、第４正弦波コイル２１ＨＡと第１正弦波コイルＢＣでは、逆向きの誘起電流が発生する。
一方、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂの領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイル２１に誘起電流が流れない。そのため、正弦波コイル２１を流れる電流値は、それらの演算値（ＳＡＴ２）となる。
FIG. 15 shows the positional relationship between the
At the rotor angle T2, among the eight sine
Since the magnetic flux IA generated by the
On the other hand, in the region of the
ロータ角度Ｔ２においては、余弦波コイル２２の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈのうち、２２Ｅ、２２Ａの全ての領域、及び余弦波分割コイル２２Ｄ、２２Ｆ、２２Ｈ、２２Ｂの一部の領域が、レゾルバロータ１２の磁性体部４２に対向している。そして、２２Ｇ、２２Ｃの全ての領域、及び余弦波分割コイル２２Ｄ、２２Ｆ、２２Ｈ、２２Ｂの一部の領域が、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂに対向している。
励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向なので、第２余弦波コイル２２ＣＤと第３余弦波コイルＥＦでは、逆向きの誘起電流が発生する。同様に、第４余弦波コイル２２ＧＨと第１正弦波コイルＡＢでは、逆向きの誘起電流が発生する。
一方、非磁性導電体部４１Ａ、４１Ｂの領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイル２２に誘起電流が流れない。そのため、余弦波コイル２２を流れる電流値は、それらの演算値（ＳＢＴ２）となる。
At the rotor angle T2, among the eight cosine
Since the magnetic flux IA generated by the
On the other hand, in the region of the
ロータ角度Ｔ１において、演算機６０が、正弦波コイル２１に発生した誘起電流の積分値ＳＡＴ１、及び余弦波コイル２２で発生した誘起電流の積分値ＳＢＴ１の比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）を算出する。ＳＡＴ１／ＳＢＴ１より、ロータ角度Ｔ１におけるレゾルバステータ１３に対するレゾルバロータ１２の角度変位を求めることができる。
演算機６０は、ＳＡＴ１／ＳＢＴ１を角度データ６１として、出力する。
同様に、ロータ角度Ｔ２において、演算機６０が、正弦波コイル２１に発生した誘起電流の積分値ＳＡＴ２、及び余弦波コイル２２で発生した誘起電流の積分値ＳＢＴ２の比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）を算出する。ＳＡＴ２／ＳＢＴ２より、ロータ角度Ｔ２におけるレゾルバステータ１３に対するレゾルバロータ１２の角度変位を求めることができる。
演算機６０は、ＳＡＴ２／ＳＢＴ２を角度データ６１として、出力する。
At the rotor angle T1, the
The
Similarly, at the rotor angle T2, the
The
以上詳細に説明したように、本実施の形態のレゾルバによれば、励磁信号が入力する励磁コイル２３と検出信号を出力する検出コイル２１、２２とを備えるレゾルバステータ１３と、レゾルバステータ１３に対抗した位置にあって、回転するレゾルバロータ１２と、を有するレゾルバにおいて、レゾルバロータ１２のレゾルバステータ１３に対抗する位置に、非磁性導電体部４１Ａと磁性体部４２とが交互に形成されているので、レゾルバロータ１２の磁性体部４２が対向している正弦波コイル２１と余弦波コイル２２では、各々所定の検出電流が流れる。すなわち、励磁コイル２３に励磁信号（正弦波信号）が入力されると、励磁コイル２３で正方向の所定量の磁束ＩＡが発生する。磁束ＩＡは、レゾルバロータ１２の磁性体部４２を通過して磁気回路を形成するので、磁束ＩＡの発生が多くなる。そして、発生した磁束ＩＡにより発生する誘起電流である検出電流は大きくなる。
As described above in detail, according to the resolver of the present embodiment, the
一方、レゾルバロータ１２の非磁性導電体部４１Ａが対向している正弦波コイル２１と余弦波コイル２２では、検出電流はほとんど流れない。その理由は、励磁コイル２３で発生した磁束ＩＡにより非磁性導電体部４１Ａでは、表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（正方向と逆方向）の磁束ＩＢが発生する。励磁コイル２３で発生した正方向の磁束ＩＡと、渦電流により発生した負方向の磁束ＩＢが打ち消しあうため、検出コイル２１、２２に電流が流れないのである。
ここで、非磁性導電体部４１Ａを置かずに、空間とした場合には、渦電流による負方向の磁束が発生せず、検出コイル２１、２２に電流が流れるため、磁性体部４２との差異が小さくて、Ｓ／Ｎ比が悪く、レゾルバ１１として使用することができないことを、本発明者は、実験により確認している。
また、特許文献２の技術と比較して、ロータリィトランスを必要としないため、Ｓ／Ｎ比を高くできる。特許文献２の技術では、Ｓ／Ｎ比が４程度であったのを、本実施の形態では、Ｓ／Ｎ比を３０以上とすることができた。
On the other hand, the detection current hardly flows in the
Here, when the
Further, as compared with the technique of Patent Document 2, since a rotary transformer is not required, the S / N ratio can be increased. In the technique of Patent Document 2, the S / N ratio was about 4, but in this embodiment, the S / N ratio could be 30 or more.
また、ロータベース平板４１が非磁性導電体金属であること、磁性体部４２が、外側に絶縁体がコーティングされた磁性粉末を塗布乾燥させて形成されていること、を特徴とするので、非磁性体金属であるロータベース平板４１の所定の位置に、ペースト状にした磁性粉末を塗布（例えば、スクリーン印刷）して乾燥させるだけで、レゾルバロータ１２を製造することができ、製造効率を高め、レゾルバ１１のコストダウンを実現できる。
すなわち、特許文献１の技術では、レゾルバロータを機械加工により高精度で製造しなければならず、製造コストが高くなっていた。それに対して、本発明では、スクリーン印刷によりレゾルバロータ１２を製造できるため、大幅なコストダウンを実現できる。
従来は、磁束を発生させるためには、数１０μｍ程度の薄い磁性体部では不十分であると考えられていたが、本発明者は実験により、数１０μｍ程度の磁性体部が存在すれば、レゾルバにとって十分な磁束が発生することを確認している。
Further, the rotor base
That is, in the technique of
Conventionally, it has been considered that a thin magnetic part of about several tens of μm is insufficient to generate magnetic flux. However, the present inventor has experimentally found that a magnetic part of about several tens of μm exists. It has been confirmed that sufficient magnetic flux is generated for the resolver.
また、磁性粉末は直径が１〜３０μｍであり、外周に絶縁層がコーティングされているので、磁性粉末同士が導通して渦電流が発生することがない。
また、励磁コイル２３と検出コイル２１、２２とが、レゾルバステータ１３のステータベース平板３０上に積層して形成されていること、非磁性導電体部４１Ａと磁性体部４２とが、レゾルバロータ１２のロータベース平板４１上に形成されていること、を特徴とするので、ステータベース平板３０と、ロータベース平板４１同士が、対向して配置されるため、回転軸の軸心方向の長さにおいて、レゾルバ１１の寸法を、従来技術と比較して短くでき、全体をコンパクトとすることができる。
Moreover, since the magnetic powder has a diameter of 1 to 30 μm and is coated with an insulating layer on the outer periphery, the magnetic powder does not conduct and eddy current does not occur.
Further, the
また、検出コイル２１、２２が、順次連続する８個の正弦波分割コイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ、２１Ｈと、順次連続する８個の余弦波分割コイル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈを備えること、正弦波分割コイル２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２２Ｇ、余弦波分割コイル２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｆ、２２Ｈが第１コイル層に形成され、正弦波分割コイル２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、余弦波分割コイル２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅ、２２Ｇが第１コイル層に重なって形成された第２コイル層に形成されていること、を特徴とするので、レゾルバ１１を取り付けたときに、レゾルバステータ１３とレゾルバロータ１２との隙間が変化しても、正弦波コイル２１とレゾルバロータ１２との位置関係と、余弦波コイル２２とレゾルバロータ１２の位置関係とが、常に一定とされているため、レゾルバ１１の取り付けによる誤差を低減できる。
また、本実施の形態では、励磁コイル２３Ａ、２３Ｂの８組の導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていることを特徴とするので、円周方向の全ての箇所において、励磁信号を均一な条件で励磁することができる。
Further, the detection coils 21 and 22 are sequentially provided with eight sine wave division coils 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F, 21G, and 21H, and eight successive cosine wave division coils 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22F, 22G, 22H, sine wave split coils 21A, 21C, 21E, 22G, cosine wave split coils 22B, 22D, 22F, 22H are formed in the first coil layer, and sine wave split Since the
Further, in the present embodiment, the number of turns and the winding direction of the eight sets of the
また、本実施の形態では、５００ｋＨｚの搬送波を振幅変調して、７．８１２５ｋＨｚの信号波を作成し、その信号波により角度検出を行っており、搬送波による誘起電流値を積分しているので、モータノイズ（１０ｋＨｚ付近が多い）の影響を、搬送波が受けにくいため、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
また、５００ｋＨｚの高周波を使用しているため、検出コイルの巻き数を少なくでき、平板形状にできるため、特許文献１の技術と比較して、レゾルバの軸心方向の寸法を短くすることができる。
また、本実施の形態では、検出コイルを２Ｘ化（偶数極化）しているため、アキシャル方向のギャップで使用する場合に、軸の傾きにより発生する出力信号の誤差を平準化できる。
In this embodiment, a 500 kHz carrier wave is amplitude-modulated to create a 7.8125 kHz signal wave, angle detection is performed using the signal wave, and the induced current value by the carrier wave is integrated. The S / N ratio can be increased because the carrier wave is not easily affected by motor noise (often around 10 kHz).
In addition, since a high frequency of 500 kHz is used, the number of windings of the detection coil can be reduced and the plate can be formed in a flat plate shape, so that the dimension in the axial direction of the resolver can be shortened compared to the technique of
Further, in this embodiment, since the detection coil is made 2X (even poles), an error in the output signal caused by the inclination of the axis can be leveled when used in the gap in the axial direction.
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することができる。
例えば、本実施の形態では、２Ｘコイルとするために、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２とを、各々８個に分割して分割コイルを形成したが、１Ｘコイルを形成するならば、正弦波コイル２１を、第１分割コイル２１Ａ、第２分割コイル２１Ｂ、第３分割コイル２１Ｃ、第４分割コイル２１Ｄとし、余弦波コイル２２を、第１分割コイル２２Ａ、第２分割コイル２２Ｂ、第３分割コイル２２Ｃ、第４分割コイル２２Ｄで構成しても良い。
また、本実施の形態では、振幅式のレゾルバについて説明したが、本発明はレゾルバの構造に関するものであり、位相差式レゾルバに適用することもできる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement as follows.
For example, in this embodiment, the
Further, although the amplitude type resolver has been described in the present embodiment, the present invention relates to the structure of the resolver and can also be applied to a phase difference type resolver.
また、本実施例では、レゾルバロータ１２の磁性体部４２を形成する方法として、磁性粉末の外周に絶縁層をコーティングしたものを塗布乾燥させる方法を説明したが、粒状の磁性材料を絶縁体中に分散させる方法で形成しても良い。この方法によれば、磁性粉末に絶縁層をコーティングする方法と比較して、簡便な方法で磁性体部を形成できるため、コストダウンできる。また、絶縁された磁性粉末を使用しているので、磁性材料に発生する渦電流が小さいため、検出コイルを貫通する磁界を少なくでき、検出電流を大きくすることができる。
Further, in this embodiment, as a method of forming the
１１ レゾルバ
１２ レゾルバロータ
１３ レゾルバステータ
２１ 正弦波コイル
２２ 余弦波コイル
２３ 励磁コイル
３０ ステータベース平板
４１ ロータベース平板
４１Ａ 非磁性導電体部
４２ 磁性体部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ロータの前記ステータに対抗する位置に、非磁性導電体部と磁性体部とが交互に形成されていることを特徴とする回転角センサ。 In a rotation angle sensor having a stator including an excitation coil to which an excitation signal is input and a detection coil for outputting a detection signal, and a rotor that rotates at a position facing the stator,
A rotation angle sensor, wherein a nonmagnetic conductor portion and a magnetic portion are alternately formed at a position facing the stator of the rotor.
非磁性導電体材上に前記磁性体部を設けることで、前記非磁性道電体部と前記磁性体部を形成すること、
を特徴とする回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 1,
Providing the magnetic body portion on a non-magnetic conductive material to form the non-magnetic electric conductor portion and the magnetic body portion;
A rotation angle sensor.
前記磁性体部は、粒状の磁性材料が絶縁体中に分散して設けられていること、
を特徴とする回転角センサ。 In the rotation angle sensor according to claim 2,
The magnetic part is provided with a granular magnetic material dispersed in an insulator,
A rotation angle sensor.
前記磁性体部は、絶縁体に覆われた磁性材料の粉末により形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。 In the rotation angle sensor according to claim 2,
The magnetic part is formed of powder of a magnetic material covered with an insulator;
A rotation angle sensor.
前記磁性体部は、絶縁体に覆われた磁性材料の粉末を塗布乾燥させて形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。 In the rotation angle sensor according to claim 2,
The magnetic body part is formed by applying and drying a powder of a magnetic material covered with an insulator,
A rotation angle sensor.
前記励磁コイルと前記検出コイルとが、前記ステータのベース平板上に積層して形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。 In any one of the rotation angle sensors according to claim 1 to claim 5,
The excitation coil and the detection coil are formed on a base flat plate of the stator,
A rotation angle sensor.
前記検出コイルが、順次連続する第１、第２正弦波コイルと、順次連続する第１、第２余弦波コイルを備えること、
前記第１正弦波コイル、前記第１余弦波コイルが第１コイル層に形成され、前記第２正弦波コイル、前記第２余弦波コイルが第１コイル層に重なって形成された第２コイル層に形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 6,
The detection coil includes first and second sine wave coils that are sequentially continuous, and first and second cosine wave coils that are sequentially continuous.
The first sine wave coil and the first cosine wave coil are formed in a first coil layer, and the second sine wave coil and the second cosine wave coil are formed to overlap the first coil layer. Formed in the
A rotation angle sensor.
前記正弦波コイルの各々が、第１正弦波分割コイルと第２正弦波分割コイルに分割されており、前記第１正弦波分割コイルが前記第１コイル層に形成され、前記第２正弦波分割コイルが前記第２コイル層に形成されていること、
前記余弦波コイルの各々が、第１余弦波分割コイルと第２余弦波分割コイルに分割されており、前記第１余弦波分割コイルが前記第２コイル層に形成され、前記第２余弦波分割コイルが前記第１コイル層に形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 7,
Each of the sine wave coils is divided into a first sine wave dividing coil and a second sine wave dividing coil, the first sine wave dividing coil is formed in the first coil layer, and the second sine wave dividing coil is formed. A coil is formed on the second coil layer;
Each of the cosine wave coils is divided into a first cosine wave dividing coil and a second cosine wave dividing coil, the first cosine wave dividing coil is formed in the second coil layer, and the second cosine wave dividing coil is formed. A coil is formed on the first coil layer;
A rotation angle sensor.
前記励磁コイルの導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていることを特徴とする回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 6,
The rotation angle sensor characterized in that the number of windings and the winding direction of the conducting wire of the exciting coil are the same and are arranged in a single polarity in the circumferential direction.
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