JP2013110819A - Resolver and manufacturing method of resolver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータの回転角に応じた電気信号を出力するレゾルバ、及び同レゾルバの製造方法に関する。 The present invention relates to a resolver that outputs an electrical signal corresponding to a rotation angle of a rotor, and a method for manufacturing the resolver.
従来、電動パワーステアリング装置のトルクセンサとして、例えば特許文献1に見られるように、インプットシャフトの回転角を検出するレゾルバと、ロアシャフトの回転角を検出するレゾルバとから構成される、いわゆるツインレゾルバ型のものが知られている。このトルクセンサは、一対のレゾルバを通じて検出される各シャフトの回転角の差分を演算することによりそれらの相対的な回転変位を求め、求められた相対的な回転変位に基づいてステアリングシャフトに付与される操舵トルクを検出するものである。なお、特許文献1に記載のトルクセンサにおいて、インプットシャフトの回転角を検出するレゾルバは、インプットシャフトと一体回転するロータと、ロータの外周に所定の間隙を隔てて配置されるステータとを備えている。このうち、ロータには、通電に基づき磁界を生成する励磁巻線が巻回されている。また、ステータには、sin相巻線及びcos相巻線が巻回された複数のティースがロータの周囲を囲繞するようにして設けられている。そして、このレゾルバでは、インプットシャフトの回転に伴いロータが回転すると、励磁巻線からsin相巻線及びcos相巻線に付与される磁界が変化して各相の巻線に誘起される電圧が変化し、各相の巻線からロータの回転角に応じた2相の電圧信号が出力される。これにより、レゾルバから出力される2相の電圧信号に基づいてインプットシャフトの回転角を検出することができる。 Conventionally, as a torque sensor of an electric power steering device, as seen in, for example, Patent Document 1, a so-called twin resolver configured by a resolver that detects a rotation angle of an input shaft and a resolver that detects a rotation angle of a lower shaft. The type is known. This torque sensor calculates the relative rotational displacement of each shaft detected through a pair of resolvers to determine their relative rotational displacement, and is applied to the steering shaft based on the determined relative rotational displacement. The steering torque is detected. In the torque sensor described in Patent Document 1, the resolver that detects the rotation angle of the input shaft includes a rotor that rotates integrally with the input shaft, and a stator that is disposed on the outer periphery of the rotor with a predetermined gap therebetween. Yes. Among these, an excitation winding that generates a magnetic field based on energization is wound around the rotor. The stator is provided with a plurality of teeth around which a sin phase winding and a cos phase winding are wound so as to surround the rotor. In this resolver, when the rotor rotates as the input shaft rotates, the magnetic field applied from the excitation winding to the sin-phase winding and the cos-phase winding changes, and the voltage induced in the winding of each phase The two-phase voltage signal corresponding to the rotation angle of the rotor is output from the winding of each phase. Thus, the rotation angle of the input shaft can be detected based on the two-phase voltage signal output from the resolver.
ところで、車両の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールの操作性を確保するために、ステアリングシャフトに付与するアシスト力を高い精度で制御する必要がある。このため、トルクセンサでは、操舵トルクの検出精度を高めるべく、レゾルバの回転角の検出精度を高めることが要求される。 By the way, in the electric power steering device of a vehicle, in order to ensure the operativity of a steering wheel, it is necessary to control the assist force given to a steering shaft with high precision. For this reason, in the torque sensor, it is required to increase the detection accuracy of the resolver rotation angle in order to increase the detection accuracy of the steering torque.
そこで、特許文献1に記載のレゾルバでは、図8に示すように、ステータ70のティース71の中央部に仕切板71aを設け、仕切板71aよりも外側の領域にsin相巻線72を巻回する一方、仕切板71aよりも内側の領域にcos相巻線73を巻回するようにしている。これにより、各相の巻線72,73の長さを管理し易くなるため、それぞれの巻線の長さを略一致させることが可能となる。よって、各相の巻線72,73のインダクタンスを略一致させることができるため、レゾルバによる回転角の検出精度を高めることが可能となる。 Therefore, in the resolver described in Patent Document 1, as shown in FIG. 8, a partition plate 71a is provided at the center of the teeth 71 of the stator 70, and a sin-phase winding 72 is wound around a region outside the partition plate 71a. On the other hand, the cos phase winding 73 is wound around a region inside the partition plate 71a. This makes it easy to manage the lengths of the windings 72 and 73 of each phase, so that the lengths of the respective windings can be substantially matched. Therefore, since the inductances of the windings 72 and 73 of each phase can be made substantially the same, it is possible to improve the detection accuracy of the rotation angle by the resolver.
ところで、特許文献1に記載のレゾルバのように、ステータ70のティース71に仕切板71aを設けた場合、その分だけティース71が長くなる。このため、ステータ70の大型化を招き、ひいてはレゾルバが大型化するおそれがある。 By the way, when the partition plate 71a is provided on the teeth 71 of the stator 70 as in the resolver described in Patent Document 1, the teeth 71 become longer by that amount. For this reason, the size of the stator 70 is increased, so that the resolver may be increased in size.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い検出精度を確保しつつも、小型化を図ることのできるレゾルバ、及び同レゾルバの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a resolver that can be downsized while ensuring high detection accuracy, and a method of manufacturing the resolver.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、多相の巻線が巻回された複数のティースがロータを囲繞するようにして設けられたステータと、前記多相の巻線に付与する磁界を形成する磁界形成部とを有して、前記ロータが回転するとき、前記磁界形成部から前記多相の巻線に付与される磁界が変化することにより前記多相の巻線から前記ロータの回転角に応じた電圧信号が出力されるレゾルバにおいて、前記ティースには、前記多相の巻線のうちの一相の巻線が巻回されるとともに、前記一相の巻線の外側に前記一相の巻線よりも大きい線径を有する他相の巻線が巻回されてなることを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a stator provided with a plurality of teeth around which a multiphase winding is wound so as to surround the rotor, and the multiphase winding. A magnetic field forming unit that forms a magnetic field to be applied to the multi-phase winding by changing a magnetic field applied from the magnetic field forming unit to the multi-phase winding when the rotor rotates. In the resolver in which a voltage signal corresponding to the rotation angle of the rotor is output from the one-phase winding of the multi-phase winding, the one-phase winding is wound around the teeth. The gist is that a winding of another phase having a larger wire diameter than that of the one-phase winding is wound outside.
巻線のインダクタンスは、巻線の巻数(ターン数)及び直流抵抗により定まる。したがって、多相の巻線のそれぞれのインダクタンスを一致させるためには、各相の巻線の巻数及び直流抵抗をそれぞれ一致させればよい。このうち、直流抵抗は、巻線の長さに比例し、巻線の線径(巻線の直径)に反比例する。この点、上記構成によれば、ティースにおいて内側に巻回される一相の巻線の長さよりも、その外側に巻回される他相の巻線の長さの方が長くなる。したがって、このような各相の巻線の長さの関係に対し、一相の巻線の線径よりも他相の巻線の線径を大きく設定すれば、各相の巻線の直流抵抗を互いに一致させることが可能である。これにより、ティースに仕切板を設けずとも、各相の巻線のインダクタンスを互いに一致させることができるため、高い検出精度を確保しつつ、その小型化を図ることが可能となる。 The inductance of the winding is determined by the number of winding turns (the number of turns) and the DC resistance. Therefore, in order to make the inductances of the multiphase windings coincide with each other, the number of turns of each phase winding and the DC resistance may be made to coincide with each other. Of these, the DC resistance is proportional to the length of the winding and inversely proportional to the wire diameter of the winding (winding diameter). In this regard, according to the above-described configuration, the length of the other-phase winding wound around the outside is longer than the length of the one-phase winding wound inside the teeth. Therefore, if the wire diameter of the winding of the other phase is set larger than the wire diameter of the winding of one phase with respect to the relationship between the lengths of the windings of each phase, the DC resistance of the winding of each phase Can be matched to each other. Accordingly, since the inductances of the windings of the respective phases can be matched with each other without providing a partition plate on the teeth, it is possible to reduce the size while ensuring high detection accuracy.
そしてこの場合、レゾルバの製造方法として、請求項2に記載の発明によるように、
・前記ティースに第1の張力でマグネットワイヤを巻回することにより前記多相の巻線のうちの一相の巻線を形成する工程と、前記一相の巻線の外側に前記第1の張力よりも弱い第2の張力で前記マグネットワイヤを巻回することにより前記一相の巻線とは別の他相の巻線を形成する工程とを備える、
といった製造方法、あるいは、請求項3に記載の発明によるように、
・前記ティースに前記第1のマグネットワイヤを巻回することにより前記多相の巻線のうちの一相の巻線を形成する工程と、前記一相の巻線の外側に前記第2のマグネットワイヤを巻回することにより前記一相の巻線とは別の他相の巻線を形成する工程とを備える、
といった製造方法を採用することが有効である。これにより、ティースにおいて内側に巻回される一相の巻線の線径よりも、外側に巻回される他相の巻線の線径を容易に大きくすることができるため、請求項1に記載のレゾルバを容易に実現することができるようになる。
And in this case, as a method for producing a resolver, according to the invention described in claim 2,
A step of forming a one-phase winding of the multi-phase windings by winding a magnet wire around the teeth with a first tension; and the first phase outside the one-phase winding. Forming a winding of another phase different from the one-phase winding by winding the magnet wire with a second tension that is weaker than the tension,
Or, according to the invention of claim 3,
A step of forming a one-phase winding of the multi-phase windings by winding the first magnet wire around the teeth; and the second magnet outside the one-phase winding. Forming a winding of another phase different from the winding of the one phase by winding a wire,
It is effective to adopt such a manufacturing method. Accordingly, the wire diameter of the other-phase winding wound outside can be easily made larger than the wire diameter of the one-phase winding wound inside on the teeth. The described resolver can be easily realized.
本発明にかかるレゾルバ、及び同レゾルバの製造方法によれば、高い検出精度を確保しつつも、小型化を図ることができるようになる。 According to the resolver and the method of manufacturing the resolver according to the present invention, it is possible to reduce the size while ensuring high detection accuracy.
以下、本発明にかかるレゾルバを、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるトルクセンサに適用した一実施形態について図1〜図5を参照して説明する。はじめに、図1を参照して、本実施形態にかかる車両の電動パワーステアリング装置の概要について説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a resolver according to the present invention is applied to a torque sensor mounted on an electric power steering device of a vehicle will be described with reference to FIGS. First, the outline of the electric power steering apparatus for a vehicle according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図1に示すように、車両では、ステアリングホイール1が運転者により操作されると、ステアリングホイール1に付与された操舵力に基づきステアリングシャフト2が回転する。ステアリングシャフト2は、コラムシャフト3、インターミディエイトシャフト4、及びピニオンシャフト5を連結してなる。ピニオンシャフト5の下端部にはラックアンドピニオン機構6が連結されており、ステアリングシャフト2の回転は、ラックアンドピニオン機構6を介してラック軸7の軸方向の直線運動に変換される。そして、このラック軸7の直線運動がその両端に連結されたタイロッド8を介して転舵輪9に伝達されることにより、転舵輪9の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。 As shown in FIG. 1, in the vehicle, when the steering wheel 1 is operated by the driver, the steering shaft 2 rotates based on the steering force applied to the steering wheel 1. The steering shaft 2 is formed by connecting a column shaft 3, an intermediate shaft 4, and a pinion shaft 5. A rack and pinion mechanism 6 is connected to the lower end portion of the pinion shaft 5, and the rotation of the steering shaft 2 is converted into an axial linear motion of the rack shaft 7 via the rack and pinion mechanism 6. The linear motion of the rack shaft 7 is transmitted to the steered wheels 9 via tie rods 8 connected to both ends thereof, so that the steered angle of the steered wheels 9, that is, the traveling direction of the vehicle is changed.
このような車両において、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置10は、ギア機構12を介してコラムシャフト3に連結された電動モータ11を備えている。この電動パワーステアリング装置10は、電動モータ11の回転をギア機構12を介してコラムシャフト3に伝達することにより、モータトルクをアシスト力としてステアリングシャフト2に付与する。 In such a vehicle, the electric power steering apparatus 10 according to the present embodiment includes an electric motor 11 coupled to the column shaft 3 via a gear mechanism 12. The electric power steering device 10 transmits the rotation of the electric motor 11 to the column shaft 3 via the gear mechanism 12 to apply the motor torque to the steering shaft 2 as an assist force.
また、車両には、車両の状態やステアリングホイール1の操作量を検出する各種センサが設けられている。例えば車両には、車両の速度を検出する車速センサ13が設けられている。また、コラムシャフト3には、同シャフト3に作用するトルク(操舵トルク)を検出するトルクセンサ14が設けられている。そして、各センサ13,14の出力は、マイクロコンピュータを中心に構成される制御装置15に入力される。この制御装置15は、各センサ13,14を通じて検出される車両の速度及び操舵トルクに基づいて運転者の操舵トルクの目標値である目標トルクを設定するとともに、トルクセンサ14を通じて検出される操舵トルクが目標トルクとなるように電動モータ11に流される電流をフィードバック制御する。 Further, the vehicle is provided with various sensors that detect the state of the vehicle and the operation amount of the steering wheel 1. For example, the vehicle is provided with a vehicle speed sensor 13 that detects the speed of the vehicle. The column shaft 3 is provided with a torque sensor 14 that detects torque (steering torque) acting on the shaft 3. And the output of each sensor 13 and 14 is input into the control apparatus 15 comprised centering on a microcomputer. The control device 15 sets a target torque that is a target value of the steering torque of the driver based on the vehicle speed and the steering torque detected through the sensors 13 and 14, and the steering torque detected through the torque sensor 14. The feedback control is performed on the current flowing through the electric motor 11 so that becomes the target torque.
次に、図2を参照して、トルクセンサ14の構造について説明する。
図2に示すように、コラムシャフト3は、ステアリングホイール1に連結されるインプットシャフト20と、インターミディエイトシャフト4に連結されるロアシャフト21とがトーションバー22を介して同軸線m上に連結された構造からなる。このうち、インプットシャフト20は、連結ピン23を介してトーションバー22に連結されるとともに、ケース30の上方に設けられた軸受31により回転可能に支持されている。また、ロアシャフト21は、連結ピン24を介してトーションバー22に連結されるとともに、ケース30の下方に設けられた軸受32により回転可能に支持されている。そして、このコラムシャフト3では、ステアリングホイール1の操作に伴いインプットシャフト20に操舵トルクが付与されると、トーションバー22にねじれ変形が生じる。これにより、インプットシャフト20とロアシャフト21との間に操舵トルクに応じた相対的な回転変位が生じるようになっている。そして、これらインプットシャフト20及びロアシャフト21に沿ってトルクセンサ14が配置されている。
Next, the structure of the torque sensor 14 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the column shaft 3 has an input shaft 20 connected to the steering wheel 1 and a lower shaft 21 connected to the intermediate shaft 4 connected to the coaxial line m via a torsion bar 22. It consists of a structure. Among these, the input shaft 20 is coupled to the torsion bar 22 via the coupling pin 23 and is rotatably supported by a bearing 31 provided above the case 30. The lower shaft 21 is coupled to the torsion bar 22 via a coupling pin 24 and is rotatably supported by a bearing 32 provided below the case 30. In the column shaft 3, when a steering torque is applied to the input shaft 20 as the steering wheel 1 is operated, the torsion bar 22 is twisted. As a result, a relative rotational displacement corresponding to the steering torque is generated between the input shaft 20 and the lower shaft 21. A torque sensor 14 is disposed along the input shaft 20 and the lower shaft 21.
このトルクセンサ14は、インプットシャフト20の回転角を検出する第1のレゾルバ40と、ロアシャフト21の回転角を検出する第2のレゾルバ50とを備えている。
第1のレゾルバ40は、インプットシャフト20の下端部に取り付けられるロータ41と、同ロータ41と所定の間隙を隔ててこれを囲繞するようにケース30に取り付けられたステータ42とを備えている。このうち、ロータ41は、インプットシャフト20の外周に固定されるロータコア43と、同ロータコア43の外周に巻回される磁界形成部としての励磁巻線44とから構成されている。なお、ロータコア43は、複数枚の磁性鋼板がインプットシャフト20の軸方向に積層されることにより形成されている。一方、ステータ42は、ケース30の内壁に固定されたステータ本体45と、同ステータ本体45に巻回される検出巻線46とから構成されている。なお、ステータ本体45も、複数枚の磁性鋼板がインプットシャフト20の軸方向に積層されることにより形成されている。また、ステータ本体45の平面構造を図3に示すと、ステータ本体45は、円環状に形成されるとともに、T字状の複数のティース45aが内周面45cに等間隔に形成された構造をなしている。さらに、図2のA−A線に沿った断面構造を図4に示すと、検出巻線46が接触するステータ本体45の内周面45c及びティース45aの外周面には、絶縁カバー47が取り付けられている。また、各ティース45aには、検出巻線46として、sin相巻線46aが内側に巻回されるとともに、その外側にcos相巻線46bが巻回されている。さらに、各ティースにおけるsin相巻線46a及びcos相巻線46bのそれぞれの巻数は、同一の巻数に設定されている。
The torque sensor 14 includes a first resolver 40 that detects the rotation angle of the input shaft 20 and a second resolver 50 that detects the rotation angle of the lower shaft 21.
The first resolver 40 includes a rotor 41 attached to the lower end portion of the input shaft 20 and a stator 42 attached to the case 30 so as to surround the rotor 41 with a predetermined gap. Among these, the rotor 41 includes a rotor core 43 fixed to the outer periphery of the input shaft 20 and an excitation winding 44 as a magnetic field forming portion wound around the outer periphery of the rotor core 43. The rotor core 43 is formed by laminating a plurality of magnetic steel plates in the axial direction of the input shaft 20. On the other hand, the stator 42 includes a stator main body 45 fixed to the inner wall of the case 30 and a detection winding 46 wound around the stator main body 45. The stator body 45 is also formed by laminating a plurality of magnetic steel plates in the axial direction of the input shaft 20. 3 shows the planar structure of the stator main body 45. The stator main body 45 is formed in an annular shape and has a structure in which a plurality of T-shaped teeth 45a are formed on the inner peripheral surface 45c at equal intervals. There is no. 2 shows a cross-sectional structure taken along line AA in FIG. 2, and an insulating cover 47 is attached to the inner peripheral surface 45c of the stator body 45 and the outer peripheral surface of the teeth 45a with which the detection winding 46 contacts. It has been. In addition, a sin phase winding 46a is wound on the inside of each tooth 45a as a detection winding 46, and a cos phase winding 46b is wound on the outside thereof. Furthermore, the number of turns of the sin phase winding 46a and the cos phase winding 46b in each tooth is set to the same number.
ところで、各相の巻線46a,46bのインダクタンスは、ティース45aにおける巻数(ターン数)及び直流抵抗により定まる。したがって、各相の巻線46a,46bのそれぞれのインダクタンスを一致させるためには、各相の巻線46a,46bの巻数及び直流抵抗を一致させればよい。このうち、直流抵抗Rは、巻線の抵抗率α、巻線の長さL、及び巻線の断面積Aから以下の関係式(1)により求めることができる。 By the way, the inductance of the windings 46a and 46b of each phase is determined by the number of turns (number of turns) and DC resistance in the teeth 45a. Therefore, in order to make the inductances of the windings 46a and 46b of the respective phases coincide with each other, the number of turns and the DC resistance of the windings 46a and 46b of the respective phases may be made coincident. Among these, the DC resistance R can be obtained from the following equation (1) from the winding resistivity α, the winding length L, and the winding cross-sectional area A.
R=α×L/A・・・(1)
すなわち、直流抵抗は、巻線の長さに比例し、巻線の線径(巻線の直径)に反比例する。
R = α × L / A (1)
That is, the direct current resistance is proportional to the length of the winding and is inversely proportional to the wire diameter (winding diameter) of the winding.
ここで、上述のように、ティース45aにsin相巻線46aを巻回するとともに、その外側にcos相巻線46bを巻回した場合、巻き数が同一であれば、sin相巻線46aの長さよりも、cos相巻線46bの長さの方が長くなる。したがって、各巻線46a,46bの長さの関係だけを見ると、cos相巻線46bの直流抵抗の方が、sin相巻線46aの直流抵抗よりも大きくなる。そこで、本実施形態では更に、図4に示すように、cos相巻線46bの線径R2を、sin相巻線46aの線径R1よりも大きく設定することとしている。これにより、各相の巻線46a,46bの直流抵抗を互いに一致させることができるため、従来のレゾルバのようにティースに仕切板を設けずとも、各相の巻線46a,46bのインダクタンスを互いに一致させることが可能となる。その結果、第1のレゾルバ40では、高い検出精度を確保しつつ、その小型化が図られている。 Here, as described above, when the sin phase winding 46a is wound around the tooth 45a and the cos phase winding 46b is wound outside the teeth 45a, if the number of turns is the same, the sin phase winding 46a The length of the cos phase winding 46b is longer than the length. Therefore, when only looking at the relationship between the lengths of the windings 46a and 46b, the DC resistance of the cos phase winding 46b is larger than the DC resistance of the sin phase winding 46a. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the wire diameter R2 of the cos phase winding 46b is set larger than the wire diameter R1 of the sin phase winding 46a. As a result, the DC resistances of the windings 46a and 46b of the respective phases can be made to coincide with each other. It is possible to match. As a result, the first resolver 40 is downsized while ensuring high detection accuracy.
そして、このような構成からなる第1のレゾルバ40では、図2に示すように、図示しない配線を介して励磁巻線44に交流電力が供給されると、同励磁巻線44の周辺に磁界が形成される。この磁界がsin相巻線46a及びcos相巻線46bにそれぞれ付与され、電磁誘導作用によって各相の巻線46a,46bに電圧が誘起される。また、インプットシャフト20の回転に伴いロータ41が回転すると、励磁巻線44及び各相の巻線46a,46bの相対的な位置関係が変化するため、各相の巻線46a,46bに付与される磁界も変化する。これにより、sin相巻線46aには、ロータ41の回転角に対して振幅が正弦波状に変化する電圧が誘起される。また、cos相巻線46bには、ロータ41の回転角に対して振幅が余弦波状に変化する電圧が誘起される。そして、各相の巻線46a,46bに誘起される電圧は、第1のレゾルバ40の2相の出力として、適宜の配線を介して先の図1に示した制御装置15に取り込まれる。制御装置15は、第1のレゾルバ40の2相の出力信号に基づいて、周知の逆正接値演算(アークタンジェント演算)を行うことにより、ロータ41の回転角、換言すればインプットシャフト20の回転角を検出する。 In the first resolver 40 having such a configuration, as shown in FIG. 2, when AC power is supplied to the excitation winding 44 via a wiring (not shown), a magnetic field is generated around the excitation winding 44. Is formed. This magnetic field is applied to each of the sin phase winding 46a and the cos phase winding 46b, and a voltage is induced in each phase winding 46a, 46b by electromagnetic induction. Further, when the rotor 41 rotates with the rotation of the input shaft 20, the relative positional relationship between the excitation winding 44 and the windings 46a and 46b of each phase changes, so that it is applied to the windings 46a and 46b of each phase. The magnetic field changes. As a result, a voltage whose amplitude changes sinusoidally with respect to the rotation angle of the rotor 41 is induced in the sin phase winding 46a. A voltage whose amplitude changes in a cosine wave shape with respect to the rotation angle of the rotor 41 is induced in the cos phase winding 46b. The voltages induced in the windings 46a and 46b of each phase are taken into the control device 15 shown in FIG. 1 through appropriate wiring as the two-phase output of the first resolver 40. The control device 15 performs a known arctangent value calculation (arc tangent calculation) based on the two-phase output signal of the first resolver 40, thereby rotating the rotation angle of the rotor 41, in other words, the rotation of the input shaft 20. Detect corners.
一方、図2に示すように、第2のレゾルバ50は、ロアシャフト21の上端に取り付けられるロータ51と、同ロータと所定の間隙を隔ててこれを囲繞するようにしてケース30に取り付けられたステータ52とを備えている。このうち、ロータ51は、ロアシャフト21の外周に固定されるロータコア53と、同ロータコア53に巻回される励磁巻線54とから構成されている。また、ステータ52は、ケース30の内壁面に固定されたステータ本体55と、これに巻回される検出巻線56とから構成されている。なお、これらロータ51及びステータ52は、基本的には第1のレゾルバ40のロータ41及びステータ42と同様の構造を有しているため、便宜上、その詳細な説明は割愛する。そして、制御装置15は、第2のレゾルバ50の2相の出力信号に基づいて、周知の逆正接値演算(アークタンジェント演算)を行うことにより、ロータ51の回転角、換言すればロアシャフト21の回転角を検出する。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the second resolver 50 is attached to the case 30 so as to surround the rotor 51 attached to the upper end of the lower shaft 21 with a predetermined gap from the rotor 51. And a stator 52. Among these, the rotor 51 includes a rotor core 53 fixed to the outer periphery of the lower shaft 21 and an excitation winding 54 wound around the rotor core 53. The stator 52 includes a stator body 55 fixed to the inner wall surface of the case 30 and a detection winding 56 wound around the stator body 55. Since the rotor 51 and the stator 52 basically have the same structure as the rotor 41 and the stator 42 of the first resolver 40, detailed description thereof is omitted for the sake of convenience. Then, the control device 15 performs a known arc tangent value calculation (arc tangent calculation) based on the two-phase output signal of the second resolver 50, so that the rotation angle of the rotor 51, in other words, the lower shaft 21. The rotation angle of is detected.
また、制御装置15は、第1及び第2のレゾルバ40,50を通じてそれぞれ検出されるインプットシャフト20の回転角及びロアシャフト21の回転角の差分を演算することにより、それらの相対的な回転変位を求める。そして、求められた各シャフト20,21の相対的な回転変位に例えばトーションバー22のばね定数を乗算するなどして操舵トルクを算出する。 Further, the control device 15 calculates the difference between the rotation angle of the input shaft 20 and the rotation angle of the lower shaft 21 detected through the first and second resolvers 40 and 50, respectively, so that their relative rotational displacements are calculated. Ask for. Then, the steering torque is calculated by multiplying the obtained relative rotational displacement of the shafts 20 and 21 by, for example, the spring constant of the torsion bar 22.
次に、図5を参照して、第1のレゾルバ40の製造方法に関し、特にステータ42の製造方法について説明する。
図5(a)に示すように、ステータ42の製造に際しては、上述したcos相巻線46bの線径R2よりも大きい線径Raを有するマグネットワイヤ60が予め用意されている。
Next, with reference to FIG. 5, a method for manufacturing the first resolver 40, particularly a method for manufacturing the stator 42, will be described.
As shown in FIG. 5A, when the stator 42 is manufactured, a magnet wire 60 having a wire diameter Ra larger than the wire diameter R2 of the cos phase winding 46b described above is prepared in advance.
そして、ステータ42に検出巻線46を形成する工程では、まず、図5(b)に示すように、マグネットワイヤ60に第1の張力F1を加えつつ、ステータ本体45の各ティース45aにsin相巻線46aに対応する巻き方にてマグネットワイヤ60を巻回する。なお、第1の張力F1は、マグネットワイヤ60をティース45aに巻回する際にマグネットワイヤ60を伸ばして塑性変形させることで、その線径をsin相巻線46aに対応する線径R1まで縮小させることのできる大きさに設定されている。これにより、ステータ本体45へのsin相巻線46aの形成が完了する。 In the step of forming the detection winding 46 on the stator 42, first, as shown in FIG. 5B, the first tension F1 is applied to the magnet wire 60 and the teeth 45a of the stator body 45 are subjected to the sin phase. The magnet wire 60 is wound by a winding method corresponding to the winding 46a. The first tension F1 is reduced to a wire diameter R1 corresponding to the sin-phase winding 46a by extending the magnet wire 60 and plastically deforming the magnet wire 60 when the magnet wire 60 is wound around the tooth 45a. It is set to a size that can be allowed. Thereby, the formation of the sin phase winding 46a on the stator body 45 is completed.
次いで、図5(c)に示すように、マグネットワイヤ60に第2の張力F2を加えつつ、各ティース45aのsin相巻線46aの外側にcos相巻線46bに対応する巻き方にてマグネットワイヤ60を巻回する。なお、第2の張力F2は、第1の張力F1よりも弱い力であって、マグネットワイヤ60をティース45aに巻回する際にマグネットワイヤ60を伸ばして塑性変形させることで、その線径をcos相巻線46bに対応する線径R2まで縮小させることのできる大きさに設定されている。これにより、ステータ本体45へのcos相巻線46bの形成が完了する。 Next, as shown in FIG. 5 (c), while applying the second tension F2 to the magnet wire 60, the magnet is wound in a manner corresponding to the cos phase winding 46b outside the sin phase winding 46a of each tooth 45a. The wire 60 is wound. The second tension F2 is weaker than the first tension F1, and when the magnet wire 60 is wound around the teeth 45a, the magnet wire 60 is stretched and plastically deformed, so that the wire diameter is reduced. It is set to a size that can be reduced to the wire diameter R2 corresponding to the cos phase winding 46b. Thereby, the formation of the cos phase winding 46b on the stator body 45 is completed.
なお、第2のレゾルバ50のステータ52も、同様の製造プロセスを経て製造される。
このような製造方法によれば、ステータ本体45,55の各ティースに線径の異なるsin相巻線及びcos相巻線を容易に巻回することができるため、先の図4に例示した構造からなるステータを容易に実現することが可能となる。
The stator 52 of the second resolver 50 is also manufactured through a similar manufacturing process.
According to such a manufacturing method, since the sin phase winding and the cos phase winding having different wire diameters can be easily wound around the teeth of the stator main bodies 45 and 55, the structure illustrated in FIG. It is possible to easily realize a stator made of
以上説明したように、本実施形態にかかるレゾルバ、及びその製造方法によれば、以下のような効果が得られるようになる。
(1)ステータ本体45のティース45aに2相の検出巻線46を巻回するにあたり、ティース45aにsin相巻線46aを巻回するとともに、その外側にsin相巻線46aよりも大きい線径を有するcos相巻線46bを巻回することとした。これにより、ティースに仕切板を設けずとも、2相の巻線46a,46bのインダクタンスを互いに一致させることができるため、第1のレゾルバ40の高い検出精度を確保しつつ、その小型化を図ることが可能となる。また、第2のレゾルバ50でも、同様の効果を得ることが可能である。
As described above, according to the resolver and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When winding the two-phase detection winding 46 around the teeth 45a of the stator body 45, the sin-phase winding 46a is wound around the teeth 45a and the wire diameter larger than that of the sin-phase winding 46a on the outside. The cos phase winding 46b having As a result, the inductances of the two-phase windings 46a and 46b can be made to coincide with each other without providing a partition plate on the teeth, so that high detection accuracy of the first resolver 40 can be ensured and downsizing can be achieved. It becomes possible. Further, the second resolver 50 can obtain the same effect.
(2)ステータ42の製造に際しては、ステータ本体45の各ティース45aにマグネットワイヤ60を第1の張力F1で巻回することでsin相巻線46aを形成した後、sin相巻線46aの外側にマグネットワイヤ60を第2の張力F2で巻回することでcos相巻線46bを形成することとした。これにより、ステータ本体45の各ティース45aに線径の異なる2相の巻線を容易に巻回することができる。また、第2のレゾルバ50でも同等の効果を得ることが可能である。 (2) When manufacturing the stator 42, the magnet wire 60 is wound around the teeth 45 a of the stator body 45 with the first tension F 1 to form the sin phase winding 46 a, and then the outside of the sin phase winding 46 a. The cos phase winding 46b is formed by winding the magnet wire 60 with the second tension F2. Thus, two-phase windings having different wire diameters can be easily wound around the teeth 45a of the stator body 45. Further, the second resolver 50 can obtain the same effect.
(3)本発明にかかるレゾルバを、車両の電動パワーステアリング装置10に搭載されるトルクセンサ14に適用することとした。これにより、トルクセンサ14の高い検出精度を確保しつつ、その小型化を図ることができるようになる。 (3) The resolver according to the present invention is applied to the torque sensor 14 mounted on the electric power steering device 10 of the vehicle. As a result, it is possible to reduce the size of the torque sensor 14 while ensuring high detection accuracy.
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、線径の異なる2相の巻線46a,46bをティース45aに巻回するにあたり、ティース45aにマグネットワイヤ60を巻回する際の張力を変化させるといった方法を採用することとした。これに代えて、例えばsin相巻線46aの線径(第1の線径)R1を有する第1のマグネットワイヤ、及びcos相巻線46bの線径(第2の線径)R2を有する第2のマグネットワイヤといった2種類のマグネットワイヤを予め用意しておく。そして、ステータ42の製造に際しては、まず、ステータ本体45のティース45aに第1のマグネットワイヤを巻回することによりsin相巻線46aを形成する。次いで、各ティース45aのsin相巻線46aの外側に第2のマグネットワイヤを巻回することによりcos相巻線46bを形成する。このような製造方法であっても、先の図4に例示した構造からなるステータを容易に実現することが可能である。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms which changed this suitably.
In the above embodiment, when winding the two-phase windings 46a and 46b having different wire diameters around the teeth 45a, a method of changing the tension when winding the magnet wire 60 around the teeth 45a is adopted. did. Instead, for example, a first magnet wire having a wire diameter (first wire diameter) R1 of the sin phase winding 46a and a first magnet wire having a wire diameter (second wire diameter) R2 of the cos phase winding 46b. Two types of magnet wires such as two magnet wires are prepared in advance. When manufacturing the stator 42, first, a sin phase winding 46 a is formed by winding a first magnet wire around the teeth 45 a of the stator body 45. Next, a cos phase winding 46b is formed by winding a second magnet wire around the sin phase winding 46a of each tooth 45a. Even with such a manufacturing method, a stator having the structure illustrated in FIG. 4 can be easily realized.
・T字状のティース45aに対して線径の異なるsin相巻線46a及びcos相巻線46bを整列巻きするような場合、先の図4に例示したように、線径の大きいcos相巻線46bの方が巻回層数が多くなり易く、各相の巻線46a,46b間で巻回層数が異なり易くなる。そしてこのように、各相の巻線46a,46b間で巻回層数が異なる場合、それぞれの長さを管理することが難しくなって、各相の巻線46a,46bのインダクタンスを一致させることが困難となるおそれがある。そこで、図6に示すように、ティース45aの横辺にあたる部分45bを、その両端に向かうほど、ステータ本体45の内周面45cから離間するように形成してもよい。これにより、ティース45aの横辺にあたる部分45bとステータ本体45の内周面45cとの間の隙間が、横辺にあたる部分45bの両端に向かうほど広がるため、線径の大きいcos相巻線46bをティース45aに整列巻回する場合であっても、cos相巻線46bの巻回層数が多くなることを抑制することができる。その結果、各相の巻線46a,46bのインダクタンスを高精度に一致させることができるため、第1のレゾルバ40の検出精度を高く維持することが可能となる。 When aligning the sin phase winding 46a and the cos phase winding 46b having different wire diameters with respect to the T-shaped teeth 45a, as illustrated in FIG. 4, the cosine phase winding having a large wire diameter is performed. The number of winding layers tends to increase in the wire 46b, and the number of winding layers tends to differ between the windings 46a and 46b of each phase. In this way, when the number of winding layers differs between the windings 46a and 46b of the respective phases, it becomes difficult to manage the lengths of the windings, and the inductances of the windings 46a and 46b of the respective phases are matched. May become difficult. Therefore, as shown in FIG. 6, the portion 45 b corresponding to the lateral side of the teeth 45 a may be formed so as to be separated from the inner peripheral surface 45 c of the stator main body 45 toward the both ends. As a result, the gap between the portion 45b corresponding to the lateral side of the teeth 45a and the inner peripheral surface 45c of the stator body 45 increases toward the both ends of the portion 45b corresponding to the lateral side, so that the cosine phase winding 46b having a large wire diameter is formed. Even when aligned winding is performed on the teeth 45a, it is possible to suppress an increase in the number of winding layers of the cos phase winding 46b. As a result, the inductances of the windings 46a and 46b of each phase can be matched with high accuracy, so that the detection accuracy of the first resolver 40 can be kept high.
・上記実施形態では、ティース45aに対して2相の巻線46a,46bを巻回することとしたが、レゾルバの構造によっては、例えば3相以上の巻線をティース45aに巻回してもよい。なお、3相の巻線をティース45aに巻回する場合には、例えば図7に示すように、ティース45aに線径R3の第1相の巻線46cを巻回するとともに、その外側に第1相の巻線46cよりも大きい線径R4を有する第2相の巻線46dを巻回する。また、第2相の巻線46dの外側に、それよりも大きい線径R5を有する第3相の巻線46eを巻回する。このような構成であれば、3相の巻線のインダクタンスを一致させることができるため、レゾルバの検出精度を高く維持することが可能である。 In the above embodiment, the two-phase windings 46a and 46b are wound around the teeth 45a. However, depending on the resolver structure, for example, three-phase windings or more may be wound around the teeth 45a. . When winding the three-phase winding around the teeth 45a, for example, as shown in FIG. 7, the first-phase winding 46c having the wire diameter R3 is wound around the teeth 45a and the outer side of the first phase winding 46c is wound around the teeth 45a. A second-phase winding 46d having a larger wire diameter R4 than the one-phase winding 46c is wound. Further, a third phase winding 46e having a larger wire diameter R5 is wound around the second phase winding 46d. With such a configuration, since the inductances of the three-phase windings can be matched, the detection accuracy of the resolver can be kept high.
・上記実施形態では、本発明にかかるレゾルバを、ロータ41に励磁巻線44が設けられるレゾルバに適用することとしたが、これに代えて、ステータ42に励磁巻線が設けられる、いわゆる可変リラクタンス(VR)型レゾルバに適用してもよい。また、ステータに設けられた検出巻線に付与する磁界を形成する磁界形成部として例えば磁石などを用いるレゾルバにも、本発明にかかるレゾルバを適用することは可能である。 In the above embodiment, the resolver according to the present invention is applied to a resolver in which the rotor 41 is provided with the excitation winding 44. Instead, a so-called variable reluctance in which the stator 42 is provided with the excitation winding. You may apply to a (VR) type resolver. The resolver according to the present invention can also be applied to a resolver that uses, for example, a magnet as a magnetic field forming unit that forms a magnetic field to be applied to the detection winding provided in the stator.
・上記実施形態では、本発明にかかるレゾルバを、車両の電動パワーステアリング装置10に設けられるトルクセンサ14に適用することとしたが、本発明にかかるレゾルバは、所定の回転軸の回転角を検出するものであれば各種装置に適用することが可能である。 In the above embodiment, the resolver according to the present invention is applied to the torque sensor 14 provided in the electric power steering device 10 of the vehicle. However, the resolver according to the present invention detects the rotation angle of a predetermined rotation shaft. It is possible to apply it to various devices as long as it does.
<付記>
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
(イ)請求項1に記載のレゾルバにおいて、前記ティースは、円環状のステータ本体の内周面に設けられるとともにT字状に形成されてなり、このT字状のティースの横辺にあたる部分が、その両端に向かうほど、前記ステータ本体の内周面から離間するように形成されてなることを特徴とするレゾルバ。レゾルバでは、通常、円環状に形成されたステータ本体の内周面にT字状のティースが形成されている。ところで、このようなT字状のティースに対して一相の巻線を例えば整列巻きした外側に、一相の巻線よりも線径の大きい他相の巻線を整列巻きするような場合、線径の大きい他相の巻線の方が巻回層数が多くなりやすく、各相の巻線間で巻回層数が異なりやすくなる。そしてこのように、各相の巻線間で層数が異なる場合、それぞれの長さを管理することが難しくなり、各相の巻線のインダクタンスを一致させることが困難となるおそれがある。この点、上記構成によれば、ティースの横辺にあたる部分とステータ本体の内周面との間の隙間が、横辺にあたる部分の両端に向かうほど広がるため、線径の大きい他相の巻線をティースに巻回する場合であっても、他相の巻線の巻回層数が多くなることを抑制することができる。これにより、各相の巻線のインダクタンスを高精度に一致させやすくなるため、レゾルバの検出精度を高く維持することが可能となる。
<Appendix>
Next, a technical idea that can be grasped from the above embodiment and its modifications will be additionally described.
(A) In the resolver according to claim 1, the teeth are provided on the inner peripheral surface of the annular stator body and are formed in a T shape, and a portion corresponding to a lateral side of the T shape teeth is provided. The resolver is formed so as to be separated from the inner peripheral surface of the stator main body toward the both ends. In a resolver, T-shaped teeth are usually formed on the inner peripheral surface of a stator body formed in an annular shape. By the way, in the case where the winding of the other phase whose wire diameter is larger than that of the one-phase winding is aligned and wound outside the one-phase winding of the T-shaped tooth, for example, The winding of the other phase having a larger wire diameter is likely to have a larger number of winding layers, and the number of winding layers is likely to be different between the windings of each phase. If the number of layers is different between the windings of each phase as described above, it is difficult to manage the length of each phase, and it may be difficult to match the inductances of the windings of each phase. In this regard, according to the above configuration, the gap between the portion corresponding to the lateral side of the tooth and the inner peripheral surface of the stator body widens toward both ends of the portion corresponding to the lateral side, so that the winding of the other phase having a large wire diameter Even when the wire is wound around the teeth, an increase in the number of winding layers of the other-phase winding can be suppressed. As a result, the inductances of the windings of the respective phases can be easily matched with high accuracy, so that the detection accuracy of the resolver can be kept high.
(ロ)トーションバーを介して互いに連結された第1及び第2の回転軸の回転角を一対のレゾルバを通じてそれぞれ検出するとともに、検出された前記第1及び第2の回転軸の回転角から前記第1及び第2の回転軸の相対的な回転変位を求め、求められた前記第1及び第2の回転軸の相対的な回転変位に基づいて前記第1及び第2の回転軸のいずれか一方に付与されるトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記一対のレゾルバとして、請求項1又は付記イに記載のレゾルバを用いるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。本発明は、付記ロに記載の発明によるように、トルクセンサに適用すると特に有効である。これにより、検出精度が高く、小型のトルクセンサを提供することができるようになる。 (B) The rotation angles of the first and second rotating shafts connected to each other via the torsion bar are detected through a pair of resolvers, respectively, and the detected rotation angles of the first and second rotating shafts are One of the first and second rotating shafts is obtained based on the obtained relative rotational displacement of the first and second rotating shafts. A torque sensor for detecting torque applied to one side, wherein the resolver according to claim 1 or appendix i is used as the pair of resolvers. The present invention is particularly effective when applied to a torque sensor as in the invention described in Appendix B. As a result, a small torque sensor with high detection accuracy can be provided.
1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…コラムシャフト、4…インターミディエイトシャフト、5…ピニオンシャフト、6…ラックアンドピニオン機構、7…ラック軸、8…タイロッド、9…転舵輪、10…電動パワーステアリング装置、11…電動モータ、12…ギア機構、13…車速センサ、14…トルクセンサ、15…制御装置、20…インプットシャフト、21…ロアシャフト、22…トーションバー、23,24…連結ピン、30…ケース、31,32…軸受、40,50…レゾルバ、41,51…ロータ、42,52,70…ステータ、43,53…ロータコア、44,54…励磁巻線、45,55…ステータ本体、45a,71…ティース、45b…横辺にあたる部分、46,56…検出巻線、46a,56a,72…sin相巻線、46b,56b,73…cos相巻線、46c〜46e…巻線、47…絶縁カバー、60…マグネットワイヤ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering wheel, 2 ... Steering shaft, 3 ... Column shaft, 4 ... Intermediate shaft, 5 ... Pinion shaft, 6 ... Rack and pinion mechanism, 7 ... Rack shaft, 8 ... Tie rod, 9 ... Steering wheel, 10 ... Electric Power steering device, 11 ... electric motor, 12 ... gear mechanism, 13 ... vehicle speed sensor, 14 ... torque sensor, 15 ... control device, 20 ... input shaft, 21 ... lower shaft, 22 ... torsion bar, 23, 24 ... connecting pin , 30 ... Case, 31, 32 ... Bearing, 40, 50 ... Resolver, 41, 51 ... Rotor, 42, 52, 70 ... Stator, 43, 53 ... Rotor core, 44, 54 ... Excitation winding, 45, 55 ... Stator Main body, 45a, 71 ... teeth, 45b ... part corresponding to the horizontal side, 46, 56 ... detection winding, 46a, 6a, 72 ... sin phase winding, 46b, 56b, 73 ... cos phase winding, 46C~46e ... winding, 47 ... insulation cover, 60 ... magnet wire.
Claims (3)
前記ティースには、前記多相の巻線のうちの一相の巻線が巻回されるとともに、前記一相の巻線の外側に前記一相の巻線よりも大きい線径を有する他相の巻線が巻回されてなる
ことを特徴とするレゾルバ。 A plurality of teeth around which a multi-phase winding is wound so as to surround the rotor, and a magnetic field forming unit that forms a magnetic field to be applied to the multi-phase winding, In a resolver in which a voltage signal corresponding to the rotation angle of the rotor is output from the multiphase winding by changing the magnetic field applied to the multiphase winding from the magnetic field forming unit when the rotor rotates. ,
One phase of the multi-phase winding is wound around the teeth, and another phase having a larger wire diameter than the one-phase winding outside the one-phase winding. A resolver characterized in that the winding is wound.
前記ティースに第1の張力でマグネットワイヤを巻回することにより前記多相の巻線のうちの一相の巻線を形成する工程と、
前記一相の巻線の外側に前記第1の張力よりも弱い第2の張力で前記マグネットワイヤを巻回することにより前記一相の巻線とは別の他相の巻線を形成する工程と
を備えることを特徴とするレゾルバの製造方法。 A plurality of teeth around which a multi-phase winding is wound so as to surround the rotor, and a magnetic field forming unit that forms a magnetic field to be applied to the multi-phase winding, When the rotor rotates, the magnetic field applied from the magnetic field forming unit to the multiphase winding changes, so that a voltage signal corresponding to the rotation angle of the rotor is output from the multiphase winding. A manufacturing method comprising:
Forming a one-phase winding of the multi-phase windings by winding a magnet wire with a first tension around the teeth;
A step of forming a winding of another phase different from the one-phase winding by winding the magnet wire with a second tension weaker than the first tension outside the one-phase winding. A method for producing a resolver, comprising:
第1の線径を有する第1のマグネットワイヤと、前記第1の線径よりも大きい第2の線径を有する第2のマグネットワイヤとが予め用意され、
前記ティースに前記第1のマグネットワイヤを巻回することにより前記多相の巻線のうちの一相の巻線を形成する工程と、
前記一相の巻線の外側に前記第2のマグネットワイヤを巻回することにより前記一相の巻線とは別の他相の巻線を形成する工程と
を備えることを特徴とするレゾルバの製造方法。 A plurality of teeth around which a multi-phase winding is wound so as to surround the rotor, and a magnetic field forming unit that forms a magnetic field to be applied to the multi-phase winding, When the rotor rotates, the magnetic field applied from the magnetic field forming unit to the multiphase winding changes, so that a voltage signal corresponding to the rotation angle of the rotor is output from the multiphase winding. A manufacturing method comprising:
A first magnet wire having a first wire diameter and a second magnet wire having a second wire diameter larger than the first wire diameter are prepared in advance,
Forming a one-phase winding of the multi-phase windings by winding the first magnet wire around the teeth;
A step of forming a winding of another phase different from the one-phase winding by winding the second magnet wire around the one-phase winding. Production method.
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