JP4418475B2 - Rotation angle sensor - Google Patents
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Description
本発明は、軸倍角1X(1倍角)のバリアブルリラクタンスレゾルバ(以下、「VRレゾルバ」という)と軸倍角nX(n倍角)(但し、nは2以上の整数)のVRレゾルバを備えた回転角度センサーに関する。 The present invention provides a rotation angle provided with a variable reluctance resolver (hereinafter referred to as “VR resolver”) having a shaft double angle of 1 × (hereinafter referred to as “VR resolver”) and a VR resolver having a shaft double angle of nX (n is a double angle) (where n is an integer of 2 or more). Regarding sensors.
従来、位置検出装置としては、軸倍角が1Xのレゾルバ等が主に用いられている。前記軸倍角とは、検出装置の入力機械角に対する出力電気角の比をいい、例えば、n×機械角θ1=電気角θ2の場合、軸倍角はnX(n倍角)と表す。 Conventionally, as a position detection device, a resolver having an axial multiplication angle of 1 × is mainly used. The axial multiple angle refers to the ratio of the output electrical angle to the input mechanical angle of the detection device. For example, when n × mechanical angle θ1 = electrical angle θ2, the axial multiple angle is expressed as nX (n multiple angle).
まず、従来のレゾルバの構成を示す。図5は従来のレゾルバの代表的な構成図である。図5(a)は従来のレゾルバの上面図、図5(b)は図5(a)の側面図である。 First, the configuration of a conventional resolver is shown. FIG. 5 is a typical configuration diagram of a conventional resolver. FIG. 5A is a top view of a conventional resolver, and FIG. 5B is a side view of FIG. 5A.
図5のステータ巻線101は、ステータヨーク102上に設けた各磁極に渡り部ツメ部分103を介して順次連続的に形成される。前記ステータ巻線101の端部は、コネクタ部104にまとめて結線される。ロータ105の突極は、ステータ巻線101の出力信号の振幅がロータ105の位置に応じて全円周を7周期とするSIN波形で変化するように、ギャップパーミアンスの円周方向の位置に対する変化が適切になるような形状に構成されている。ロータ105の突極はこの例では7ある。
The stator winding 101 shown in FIG. 5 is successively formed in succession on each magnetic pole provided on the stator yoke 102 via a
前記位置検出装置としては、下記特許文献1に以下の問題点を有するものとして示されている。
The position detection device is disclosed in
軸倍角1Xのレゾルバでは、軸の1回転が1周期で90°位相のずれた正弦波状に変化する2相信号を、R/D変換(レゾルバ/デジタル変換)することによって、角度検出、磁極検出および原点検出が同時に可能になる。しかしながら、高分解能を得ようとすると、RD変換器の分解能を上げなければならずコストが高くなる。絶対位置検出が可能であるが検出精度がレゾルバの電気精度に左右される。即ち、全ての回転角度においてレゾルバの製造誤差、温度誤差等がそのままの値で電気精度として効いてくる。また、レゾルバの検出精度を上げるにはアナログ信号の精度を上げる必要があるが、信号に含まれる巻線精度等の影響により、高精度の角度位置検出が難しく、一般的なレゾルバに比べ高価になり採用が困難になるという問題がある。 In a resolver with a shaft angle multiplier of 1X, angle detection and magnetic pole detection are performed by R / D conversion (resolver / digital conversion) of a two-phase signal in which one rotation of the shaft changes in a sinusoidal shape with a phase shift of 90 ° in one cycle. And origin detection are possible at the same time. However, in order to obtain a high resolution, the resolution of the RD converter must be increased and the cost increases. Although absolute position detection is possible, the detection accuracy depends on the electrical accuracy of the resolver. That is, the resolver manufacturing error, temperature error, etc. are effective as electrical accuracy at all rotation angles. In addition, to improve the detection accuracy of the resolver, it is necessary to increase the accuracy of the analog signal, but due to the influence of the winding accuracy included in the signal, it is difficult to detect the angular position with high accuracy, and it is more expensive than a general resolver. There is a problem that adoption becomes difficult.
さらにまた、軸倍角を大きくすると、例えば、軸倍角100Xにすると、信号精度が同じであれば、100倍の精度が得られることになるが、実装の用途が例えば、回転子磁極数が100の多極モータ等に限定されることになる。 Furthermore, when the shaft multiplication angle is increased, for example, when the shaft multiplication angle is 100X, if the signal accuracy is the same, accuracy of 100 times can be obtained. However, the mounting application is, for example, that the number of rotor magnetic poles is 100. It is limited to a multipolar motor or the like.
一方、汎用性のある極数の少ないモータ等に用途を絞ると、軸倍角の小さな位置検出器と、軸倍角の大きな位置検出器とを組み合わせて高精度の位置検出を行うものが提案されている。 On the other hand, when the application is narrowed down to a general-purpose motor with a small number of poles, a highly accurate position detector is proposed by combining a position detector with a small shaft angle multiplier and a position detector with a large shaft angle multiplier. Yes.
図6は従来の複速度レゾルバシステムを説明する図である。図6(a)は従来の複速度レゾルバシステムの概略図、図6(b)は2重化レゾルバの出力信号の関係を説明する説明図、図6(c)は複速度レゾルバにおける回転角度を求める方法を説明する説明図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional multi-speed resolver system. 6 (a) is a schematic diagram of a conventional multi-speed resolver system, FIG. 6 (b) is an explanatory diagram for explaining the relationship of output signals of a duplex resolver, and FIG. 6 (c) is a graph showing the rotation angle in the multi-speed resolver. It is explanatory drawing explaining the method to obtain | require.
図6(a)に示すように、複速度レゾルバシステムはレゾルバ110とデジタル変換器114とからなる。用途により、前記デジタル変換器114の代わりにアナログ変換器でもよい。レゾルバ110では、回転軸111に直結された軸倍角nX(任意軸倍角nX)レゾルバ112の出力は軸倍角nXレゾルバ信号となり、前記回転軸111にギヤ機構等の機械的手段を介して結合された軸倍角1Xレゾルバ113の出力は軸倍角1Xレゾルバ信号となる。デジタル変換器114では以下の処理を行う。予め、前記軸倍角nXレゾルバ信号はR/Dコンバータ(レゾルバ・デジタルコンバータ)115を介して図6(c)の下側のノコギリ波信号に変換され、前記軸倍角1Xレゾルバ信号はR/Dコンバータ116を介して図6(c)の上側の1つの三角波信号に変換され、前記両信号は合成回路117に記憶される。次に、測定時点での両レゾルバ信号を取込み、軸倍角1Xレゾルバ信号Akに基づき図6(c)の上側の三角波信号から角度θkを求め、その角度θkに対応する軸倍角nXレゾルバ信号のノコギリ波信号の極(1つの三角波信号)TBKから測定した軸倍角nXレゾルバ信号Bkに対応する回転角Bakを求める。
As shown in FIG. 6A, the multi-speed resolver system includes a resolver 110 and a digital converter 114. Depending on the application, an analog converter may be used instead of the digital converter 114. In the resolver 110, the output of the shaft multiple angle nX (arbitrary shaft multiple angle nX) resolver 112 directly connected to the rotation shaft 111 becomes a shaft multiple angle nX resolver signal, and is coupled to the rotation shaft 111 via mechanical means such as a gear mechanism. The output of the shaft
前記各レゾルバ信号を例示すると図6(b)のようになる。図6(b)は、入力軸n回転(機械角)に対するレゾルバ出力、この場合はSIN波出力を表し、軸倍角1XレゾルバのSIN信号波形と軸倍角nXレゾルバ(n=2の場合)のSIN信号の関係を示す。
The resolver signals are exemplified as shown in FIG. 6B. FIG. 6B shows the resolver output for the input shaft n rotation (mechanical angle), in this case, the SIN wave output, and the SIN signal waveform of the shaft
図6(a)のレゾルバを2個用いるものは、収納空間がその分大きくなる問題があると共に、ギヤ結合部を有するため、機械加工誤差が必ず発生し、また、軸の繋ぎ目にギヤ結合部が設けられるので、その分だけ必ず軸方向長さが長くなる問題がある。 In the case of using the two resolvers shown in FIG. 6 (a), there is a problem that the storage space is increased accordingly, and since there is a gear coupling portion, a machining error always occurs, and a gear coupling is formed at the shaft joint. Since the portion is provided, there is a problem that the length in the axial direction is always increased accordingly.
そこで、軸倍角の同じ2個のレゾルバを用いるのではなくて、軸倍角の小さな位置検出器と、軸倍角の大きな位置検出器とを組み合わせて高精度の位置検出を行うものがあるが、磁気や光を用いた位置検出装置なので、一般に長い周期のsin波信号を得ることは困難である。また、差動トランス形のレゾルバにおいては、小さい軸倍角は製作容易であるが、軸倍角の大きなものを製作するのは、巻線極数が増えてしまい、製作が困難で形状も大きくなってしまう問題があった。 Therefore, instead of using two resolvers with the same shaft angle multiplier, there is one that combines a position detector with a small shaft angle multiplier with a position detector with a large shaft angle multiplier to perform highly accurate position detection. In general, it is difficult to obtain a sin wave signal with a long period. In addition, in a differential transformer type resolver, it is easy to manufacture a small shaft angle multiplier, but manufacturing a large shaft angle multiplier increases the number of winding poles, making it difficult to manufacture and increasing the shape. There was a problem.
これら前記特許文献1に示されている問題点を解消し高い検出分解能を得る目的で、同じ特許文献1に、図7に示す多極の複速度レゾルバが開示されている。
For the purpose of solving the problems described in
図7は従来の多極の複速度レゾルバの構成図である。
図7では、回転子小歯を50設けた軸倍角50Xの回転子鉄心121を備えた第1レゾルバ122と、回転子小歯を49設けた軸倍角49Xの回転子鉄心123を備えた第2レゾルバ124とを回転軸に並設し、第1レゾルバ122の50周期の位置検出値Jから第2レゾルバ124の49周期の位置検出値Kを引いた値Lを求め、前記Lの値に以下の判別条件から得られる値Mを加えた値N、即ち、軸倍角1Xの位置検出値Nを得る例が示されている。
FIG. 7 is a block diagram of a conventional multipolar multi-speed resolver.
In FIG. 7, a
N=L×M 但し、L≧0のとき、E=0;L<0のとき、E=360° N = L × M However, when L ≧ 0, E = 0; when L <0, E = 360 °
上記特許文献1では、それぞれの回転子にそれぞれ49と50の小歯を正確に且つ位置合わせして設けなければ成らず、それぞれの小歯の数に基づく軸倍角の差をとって軸倍角1Xの出力信号を作成するための処理回路を必要とし、回転子の小歯に対応して固定子にも小歯を多数形成しなければならず、製作が困難となっていた。
In
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ロータ自体およびステータ自体に軸倍角が相互に異なる領域を構造簡単に形成し、軸倍角の異なる出力を絶対値位置情報として出力できる回転角度センサーを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor that can easily form regions having different shaft angle multipliers in the rotor itself and the stator itself, and can output outputs having different shaft angle multipliers as absolute value position information. There is to do.
本発明は、前記目的を達成するために、以下の解決手段を採用する。 The present invention employs the following means for achieving the above object.
レゾルバ内の1つのロータおよびステータに異なる軸倍角のレゾルバ部分を設け、両レゾルバ部分の出力を絶対値位置情報を作るために取り出せるように構成した点に特徴を有する。具体的には、以下のようになる。
(1)回転角度センサーは、ステータ巻線を備えた複数のステータ磁極を円周方向に有するステータヨークを備えたステータと、前記ステータとの間のギャップパーミアンスが回転角θに対して正弦波状に変化する突極形状を円周方向に有するロータと、からなるバリアブルリラクタンスレゾルバを備えた回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークと、前記ロータとに、前記ロータの軸中心を中心とする中心角が180度未満の所定中心角範囲を、前記ロータの軸中心に関して対称になるようにしてそれぞれ2個所形成し、2個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにするとともに、2個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにし、前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ロータの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置したことを特徴とする。
(2)上記(1)記載の回転角度センサーは、前記所定中心角を90度とし、前記異なる軸倍角の内の1つを1倍角とし、前記異なる軸倍角の内の他を2倍角以上にしたことを特徴とする。
(3)上記(2)記載の回転角度センサーにおいて、前記ロータは、その突極形状として、測定領域には、その軸中心を中心とする中心角0°を中心として±45°の前記所定中心角範囲に軸倍角1Xに対応する前記突極形状を設け、中心角180°を中心として±45°の前記所定中心角範囲に軸倍角nXに対応する前記突極形状を設け、測定準備領域には、中心角45°から中心角90°までの範囲と中心角−45°から中心角−90°までの範囲に前記軸倍角1Xに対応する前記突極形状の連続する1/2の突極形状を設け、中心角90°から中心角135°までの範囲と中心角−90°から中心角−135°までの範囲に前記軸倍角nXに対応する前記突極形状の連続する1/2の突極形状を設けて構成したことを特徴とする。
(4)上記(1)乃至(3)のいずれか1項記載の回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成したことを特徴とする。
(5)上記(1)乃至(4)のいずれか1項記載の回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極の数を、軸倍角nXとして、4n極としたことを特徴とする。
The present invention is characterized in that a resolver portion having different shaft angle multipliers is provided in one rotor and stator in a resolver so that outputs from both resolver portions can be taken out in order to generate absolute value position information. Specifically, it is as follows.
(1) In the rotation angle sensor, a gap permeance between the stator having a stator yoke having a plurality of stator magnetic poles with stator windings in the circumferential direction and the stator is sinusoidal with respect to the rotation angle θ. In a rotation angle sensor comprising a variable reluctance resolver comprising a rotor having a varying salient pole shape in the circumferential direction, the stator yoke and the rotor have a central angle of 180 about the axis center of the rotor. Two predetermined center angle ranges of less than degrees are formed so as to be symmetric with respect to the axial center of the rotor, and the rotor included in one of the two predetermined center angle ranges is included in the predetermined center angle range. The salient pole shape and the salient pole shape of the rotor included in the other predetermined center angle range are different from each other in the axial multiplication angle. The arrangement shape of the plurality of stator magnetic poles of the stator yoke included in one predetermined central angle range of the two predetermined central angle ranges and the stator yoke included in the other predetermined central angle range The arrangement shape of the plurality of stator magnetic poles is such that their shaft angle multipliers are different from each other, and the rotor has the predetermined center angle range including the salient pole shape corresponding to each of the different shaft angle multipliers, The stator yoke is formed as a single integrated rotor, and the plurality of stator magnetic poles of the stator yoke are arranged corresponding to the shape of the salient poles of the integrated rotor.
(2) In the rotation angle sensor according to the above (1), the predetermined central angle is 90 degrees, one of the different shaft multiples is a single double, and the other one of the different shaft doubles is a double or larger. It is characterized by that.
(3) In the rotation angle sensor according to the above (2), the rotor has a salient pole shape, and the measurement area has the predetermined center of ± 45 ° with a center angle of 0 ° centered on the axis center. The salient pole shape corresponding to the shaft
(4) In the rotation angle sensor according to any one of (1) to (3), the stator yoke has the predetermined center angle range including a plurality of the stator magnetic poles corresponding to the different shaft multiple angles. It is characterized in that it is configured as having a single integrated stator yoke manufactured as a single unit.
(5) In the rotation angle sensor according to any one of (1) to (4), the stator yoke has a plurality of stator magnetic poles corresponding to the different shaft multiples as shaft multiples nX. It is characterized by having 4n poles.
本発明の回転角度センサーの効果を、以下、詳述する。
(1)中心角が180度未満の所定中心角範囲に含まれるロータの突極形状およびステータヨークにおけるステータ巻線を備えた複数のステータ磁極の配置形状を、前記中心角範囲毎に軸倍角が異なる構成とし、前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ロータの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置したので、1つのレゾルバにより絶対回転位置を精度高く検出することが可能になる。また、軸倍角の異なる複速度の回転角度センサーを少ない構成要素によって軽薄短小に作ることが可能になる。
(2)上記(1)記載の構成を備え、前記所定中心角を90度とし、前記異なる軸倍角の内の1つを1Xとし、前記異なる軸倍角の内の他を2倍角以上に構成したことにより、上記(1)記載の効果の他に、ステータ磁極を配置する領域が中心角で90°領域に限定でき、測定に使用しないステータ磁極を省略することが可能になる効果を奏する。
(3)上記(2)記載の構成を備え、前記ロータは、その突極形状として、測定領域には、その軸中心を中心とする中心角0°を中心として±45°の前記所定中心角範囲に軸倍角1Xに対応する前記突極形状を設け、中心角180°を中心として±45°の前記所定中心角範囲に軸倍角nXに対応する前記突極形状を設け、測定準備領域には、中心角45°から中心角90°までの範囲と中心角−45°から中心角−90°までの範囲に前記軸倍角1Xに対応する前記突極形状の連続する1/2の突極形状を設け、中心角90°から中心角135°までの範囲と中心角−90°から中心角−135°までの範囲に前記軸倍角nXに対応する前記突極形状の連続する1/2の突極形状を設けて構成したことにより、測定範囲からの開始点と終了点を画定することが容易になり、また、例えば、測定準備範囲の突極パターン(突極A1と突極A4。図2参照)を測定範囲の突極パターンと同じに形成することにより、製造容易に構成できると共に、測定対象のギャップパーミアンスの変化パターンを軸倍角1Xタイプと軸倍角2Xタイプの2種類だけに特定でき、軸倍角nXの突極形状のパターンとそれ以外のパターンとの領域比較のステップを低減することができる。
(4)上記(1)乃至(3)のいずれか1項記載の構成を備え、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成したので、上記(3)記載の効果の他に、軸倍角の異なる複速度の回転角度センサーをさらに少ない構成要素によってさらに軽薄短小に作ることが可能になる。
(5)上記(1)乃至(4)のいずれか1項記載の構成を備え、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極の数を、軸倍角nXとして、4n極としたので、 図1に示されている1XレゾルバのSIN信号のとおり、前記ステータ磁極の出力電圧が機械角で−45°、−22.5°、0°、+22.5°、+45°の位相差を持って、0、0.5、1.0、0.5、0と周期的に変化させることができ、前記ロータの角度位置を正確に測定することができる。
The effect of the rotation angle sensor of the present invention will be described in detail below.
(1) A rotor salient pole shape included in a predetermined center angle range having a center angle of less than 180 degrees and an arrangement shape of a plurality of stator magnetic poles provided with stator windings in the stator yoke have a shaft angle multiplier for each center angle range. The rotor is configured differently, and the rotor is configured to have the predetermined central angle range including the salient pole shape corresponding to each of the different shaft angle multipliers in a single rotor manufactured as a single unit, and the stator Since the plurality of stator magnetic poles of the yoke are arranged corresponding to the salient pole shape of the integral rotor, the absolute rotational position can be detected with high accuracy by one resolver. In addition, it is possible to make a multi-speed rotation angle sensor with different shaft angle multipliers with a small number of components.
(2) The configuration described in the above (1) is provided, wherein the predetermined central angle is 90 degrees, one of the different axial multiplication angles is 1X, and the other of the different axial multiplication angles is two or more. As a result, in addition to the effect described in (1) above, the region where the stator magnetic pole is arranged can be limited to the 90 ° region at the central angle, and the stator magnetic pole not used for measurement can be omitted.
(3) The configuration described in (2) above, wherein the rotor has a salient pole shape, and the predetermined central angle of ± 45 ° centered on a central angle of 0 ° centered on the axial center in the measurement region The salient pole shape corresponding to the shaft
(4) The structure according to any one of (1) to (3) above, wherein the stator yoke has a predetermined central angle range including a plurality of the stator magnetic poles corresponding to the different shaft multiple angles respectively. In addition to the effect described in (3) above, a multi-speed rotation angle sensor with different shaft angle multipliers can be made lighter, thinner and smaller with fewer components. It becomes possible to make it.
(5) The configuration according to any one of (1) to (4) above, wherein the stator yoke has a number of the plurality of stator magnetic poles corresponding to each of the different shaft multiplication angles as a shaft multiplication angle nX, 4n As the SIN signal of the 1X resolver shown in FIG. 1, the output voltage of the stator magnetic pole is -45 °, -22.5 °, 0 °, + 22.5 °, + 45 ° in mechanical angle. The phase difference of 0, 0.5, 1.0, 0.5, and 0 can be periodically changed, and the angular position of the rotor can be accurately measured.
ステータ巻線を備えた複数のステータ磁極を円周方向に有するステータヨークを備えたステータと、前記ステータとの間のギャップパーミアンスが回転角θに対して正弦波状に変化する突極形状を円周方向に有するロータと、からなるバリアブルリラクタンスレゾルバを備えた回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークと、前記ロータとに、前記ロータの軸中心を中心とする中心角が180度未満の所定中心角範囲を、前記ロータの軸中心に関して対称になるようにしてそれぞれ2個所形成し、2個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにするとともに、2個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにする。 A stator having a stator yoke having a plurality of stator magnetic poles in the circumferential direction with a stator winding and a salient pole shape in which the gap permeance between the stator and the stator changes in a sinusoidal shape with respect to the rotation angle θ In a rotation angle sensor comprising a variable reluctance resolver comprising a rotor having a direction, the stator yoke and the rotor have a predetermined center angle range in which a center angle centered on the axis center of the rotor is less than 180 degrees. , Two portions are formed so as to be symmetric with respect to the axial center of the rotor, the salient pole shape of the rotor included in one predetermined central angle range of the two predetermined central angle ranges, and the other The salient pole shapes of the rotor included in the predetermined center angle range are set such that their shaft multiples are different from each other, and The arrangement shape of the plurality of stator magnetic poles of the stator yoke included in one predetermined central angle range of the predetermined central angle range, and the plurality of stator magnetic poles of the stator yoke included in the other predetermined central angle range. The arrangement shape is set such that their axial multiples are different from each other.
また、前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ロータの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置するようにする。 The rotor is configured to have the predetermined central angle range including the salient pole shape corresponding to each of the different shaft angle multipliers in one integrated rotor manufactured as a single unit, and the stator yoke includes The predetermined central angle range including the plurality of stator magnetic poles corresponding to each of the different shaft angle multipliers is provided in one unitary stator yoke manufactured as a single unit, and the plurality of the stator yokes The stator magnetic pole is arranged corresponding to the salient pole shape of the integral rotor.
ここで、前記所定中心角を90度とし、前記異なる軸倍角の内の1つを1倍角とし、前記異なる軸倍角の内の他を2倍角以上にする。 Here, the predetermined central angle is set to 90 degrees, one of the different axial multiple angles is set to one double angle, and the other of the different axial multiple angles is set to a double angle or more.
本発明は、基本的に、軸倍角の相互に異なる複数の測定(突極)領域を軸中心対称に重ならずに、即ち、中心角で180°未満で設けたロータとステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーに関し、好ましくは、軸倍角1Xと軸倍角nXをそれぞれ中心角90°の測定領域に設けたレゾルバに関する。
The present invention basically includes a resolver composed of a rotor and a stator provided with a plurality of measurement (saliency pole) regions having different shaft angle multipliers that are not symmetrically overlapped with each other, that is, with a center angle of less than 180 °. The rotation angle sensor used preferably relates to a resolver in which a shaft
以下、ロータとステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーに関し、本発明の実施の形態として、以下の事項を説明する。
(1)軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するロータ形状のうち、
(1−1)まず、一体形について説明し、
(1−2)次に、複数個の分割ロータを組合わせた結合形について説明する。
(2)軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するステータ形状のうち、
(2−1)まず、一体形について説明し、
(2−2)次に、組合せ形について説明する。
(3)機械角で90°範囲領域あると測定が可能になる理由を説明し、
(4)前記ロータと前記ステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーが、絶対位置測定を可能にする理由を説明する。
Hereinafter, the following items will be described as embodiments of the present invention regarding a rotation angle sensor using a resolver including a rotor and a stator.
(1) Among rotor shapes that easily form regions with different shaft angle multipliers,
(1-1) First, the integrated type will be described,
(1-2) Next, a combined type in which a plurality of divided rotors are combined will be described.
(2) Among stator shapes that easily form regions with different shaft angle multipliers,
(2-1) First, the integrated type will be explained,
(2-2) Next, the combination type will be described.
(3) Explain the reason why measurement is possible when there is a 90 ° mechanical angle range,
(4) The reason why the rotation angle sensor using the resolver composed of the rotor and the stator enables absolute position measurement will be described.
図1は、本発明の軸倍角が互いに異なるロータとステータを組み合わせたレゾルバの説明図である。図1(a)は、本発明のレゾルバの構成図、図1(b)は、本発明における2次巻線のR/Dコンバータ出力を示すグラフを説明する説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram of a resolver combining a rotor and a stator having different shaft angle multipliers of the present invention. FIG. 1A is a configuration diagram of a resolver of the present invention, and FIG. 1B is an explanatory diagram for explaining a graph showing an R / D converter output of a secondary winding in the present invention.
図2は、本発明の一体形ロータを示す図である。図中の軸中心から垂直に上げた線を0度(基準点)として時計回りを+表示、反時計回りを−表示したものである。図2(a)は、上部に軸倍角1Xの突極を設け、下部に軸倍角2Xの突極を設けた1X/2X一体形ロータを示し、図2(b)は、前記図2(a)のロータの斜め側面図を示し、図2(c)は、上部に軸倍角1Xの突極を設け、下部に軸倍角4Xの突極を設けた1X/4X一体形ロータを示す図である。 FIG. 2 is a view showing an integral rotor of the present invention. In the figure, the line vertically raised from the axis center is 0 degree (reference point), and the clockwise rotation is displayed as + and the counterclockwise rotation is displayed as-. FIG. 2A shows a 1X / 2X integrated rotor having a salient pole having a shaft angle multiplier of 1X at the upper portion and a salient pole having a shaft angle multiplier of 2X at the lower portion, and FIG. 2 (c) is a diagram showing a 1X / 4X integrated rotor in which a salient pole having a shaft angle multiplier of 1X is provided in the upper portion and a salient pole having a shaft angle multiplier of 4X is provided in the lower portion. .
図3は、複数個の分割ロータからなる組み合わせロータを示す図である。図3(a)は、上半分に軸倍角1Xの突極を設けた分割ロータを示し、図3(b)は、下半分に軸倍角2Xの突極を設けた分割ロータを示し、図3(c)は、図3(a)の分割ロータと図3(b)の分割ロータを突極領域が重ならないように組み合わせて一体化した結合形ロータを示す図である。 FIG. 3 is a view showing a combined rotor including a plurality of divided rotors. 3A shows a split rotor having a salient pole having a shaft angle multiplier of 1X in the upper half, and FIG. 3B shows a split rotor having a salient pole having a shaft angle multiplier of 2X in the lower half. (C) is a view showing a combined rotor in which the divided rotor of FIG. 3 (a) and the divided rotor of FIG. 3 (b) are combined and integrated so that the salient pole regions do not overlap.
図4は、本発明の異なる軸倍角のロータと組み合わせて用いられるステータを示す図である。図4(a)は、対向する中心角90°角度範囲のそれぞれに軸倍角1Xと軸倍角2Xのステータ巻線を備えるステータ磁極配置領域を有する1体形ステータを示し、図4(b)は、対向する中心角90°角度範囲に軸倍角1Xと軸倍角2Xのステータ巻線を備えるステータ磁極配置領域をそれぞれ別個のステータヨークとして有し、それらを1体に組み合わせる組み合わせ形ステータを示す図である。ステータ巻線は、励磁巻線と出力用の2次巻線を含む。
FIG. 4 is a view showing a stator used in combination with a rotor having a different shaft angle multiplier according to the present invention. FIG. 4 (a) shows a one-piece stator having a stator magnetic pole arrangement region having stator windings with a shaft angle multiplier of 1X and a shaft angle multiplier of 2X in each of the opposing
これらの構成を前提として、前記実施の形態(1)〜(4)を説明する。
(A):前記(1)軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するロータ形状のうち、(1−1)一体形について説明する。
The above embodiments (1) to (4) will be described on the premise of these configurations.
(A): (1-1) The integral type will be described among the (1) rotor shapes that easily form regions having different shaft multiples.
図2(a)の一体形ロータ14の突極形状は、軸中心Oを境にして、上半分(+90°〜0°〜−90°)を軸倍角1X領域A(但し、Aは中心角45°毎にA1〜A4に分けられている)にし、下半分(+90°〜180°(−180°)〜−90°)を軸倍角2X領域B(但し、Bは中心角45°毎にB1〜B4に分けられている)に形成してある。
The salient pole shape of the
前記軸倍角の相互に異なる複数の測定(突極)領域は、基本的に、軸中心Oを中心にして対称の位置に重ならずに、換言すると、軸中心Oを中心とした対称な領域で且つそれぞれ中心角で180°未満の領域に設けた一体形ロータ14の突極とステータのステータ巻線から構成することが可能である。特に、前記測定領域は中心角で90°の領域に設定することが好ましい。以下、順次説明する。
The plurality of measurement (salient pole) regions having different shaft angle multipliers basically do not overlap with a symmetrical position around the axis center O, in other words, a symmetrical region around the axis center O. In addition, it is possible to construct the salient poles of the
軸倍角1Xは、ステータの2次巻線の出力が軸の1回転の間に1周期を有することを意味し、ロータの突極とステータ巻線を備えるステータ磁極との間のギャップパーミアンスが1回転の間に1周期変化する関係を有する。従って、ステータ磁極が円周上に配置される場合には、ロータの突極形状が前記パーミアンス変化の1周期を作るような特殊な弧状に形成されている。
The
突極A1と突極A3は外側面の弧の形状が同じに形成され、突極A2と突極A4は外側面の弧の形状が同じに形成されている。各弧の形状は軸中心Oを通る垂線イロを中心にして左右対称に形成されている。突極は基本的に同じ形状を呈し、例えば、突極A1に示すように、軸中心Oを通る直線上の線分a1a2と、点a2から半径rの円の円周上の点a3までの前記弧形状により形成される。突極A2は軸中心Oを通る直線ハニを中心として突極A1を折り返すことにより形成できる。突極A4は軸中心Oを通る垂線イロを中心として突極A1を折り返すことにより形成できる。また、突極A3は軸中心Oを通る垂線イロを中心として突極A2を折り返すことにより形成できる。 The salient poles A1 and A3 have the same outer arc shape, and the salient poles A2 and A4 have the same outer arc shape. The shape of each arc is formed symmetrically about a vertical line passing through the axis O. The salient poles basically have the same shape. For example, as shown by the salient pole A1, a straight line segment a1a2 passing through the axis O and a point a2 to a point a3 on the circumference of a circle with a radius r. It is formed by the arc shape. The salient pole A2 can be formed by turning the salient pole A1 around a straight honey that passes through the axis O. The salient pole A4 can be formed by folding the salient pole A1 around a vertical line passing through the axis O. Further, the salient pole A3 can be formed by folding the salient pole A2 around a perpendicular line passing through the axis O.
軸倍角1X領域は、ギャップパーミアンス出力に不連続点が無いように、0点(0°)を中心として、突極A2と突極A3を連続形成した領域、即ち、0点を中心とした中心角±45°の測定範囲領域、合計で直角(90°)分の範囲領域があれば、ギャップパーミアンス出力の変化を測定して正弦波1周期分を形成できる。即ち、ステータ巻線の正弦波出力が1周期分形成でき、軸倍角1Xの出力信号を動作特性上過不足無く取得できる。
The axial
一方、軸倍角1X領域のうちの突極A1と突極A4は、前記突極A2と突極A3からなる測定範囲領域の前後に測定準備領域として分けて設けられている。これら突極A1と突極A4の測定準備領域を設ける理由は、
(1)前記測定範囲(突極A2と突極A3)からの開始点と終了点を画定する。
(2)突極A1と突極A4を測定範囲の突極パターンと同じに形成することにより、製造容易に構成できると共に、測定対象のギャップパーミアンスの変化パターンを軸倍角1Xタイプと軸倍角2Xタイプの2種類だけに特定できる。換言すると、突極A1と突極A4が図2(a)のように特殊な弧状に形成されていないと、例えば、軸中心Oから半径rの円の部分円弧に形成されていれば、これら部分円弧は測定範囲の開始点a3および終了点a4と同じ半径r上の値をとることになり、従ってギャップパーミアンスの値が同じになり、開始点a3および終了点a4の予測が困難になり、また、軸倍角1Xの突極形状のパターンや軸倍角2Xの突極形状のパターン以外のパターンを領域比較することになり、比較ステップが増加することになる。
On the other hand, salient poles A1 and salient poles A4 in the
(1) A start point and an end point from the measurement range (the salient pole A2 and the salient pole A3) are defined.
(2) By forming the salient poles A1 and A4 to be the same as the salient pole pattern in the measurement range, it can be easily manufactured, and the change pattern of the gap permeance to be measured is the 1X type and 2X type. Only two types can be specified. In other words, if the salient pole A1 and the salient pole A4 are not formed in a special arc shape as shown in FIG. 2A, for example, if they are formed in a partial arc of a circle having a radius r from the axis O, The partial arc has a value on the same radius r as the start point a3 and the end point a4 of the measurement range, and therefore the gap permeance value becomes the same, making it difficult to predict the start point a3 and the end point a4. In addition, regions other than the salient pole-shaped pattern with a shaft angle multiplier of 1X and the salient pole shape pattern with a shaft angle multiplier of 2X are compared, and the number of comparison steps increases.
軸倍角2X領域は、軸中心Oを含む水平線ホヘから下側の部分を意味し、4極の突極形状を有する。各突極B1、B2、B3およびB4の形状は、それぞれ軸倍角1Xの出力が出るように構成され、好ましくは同じ特殊な弧状に形成される。
The shaft
軸倍角2Xの測定領域は突極B2と突極B3により構成する。突極B1と突極B4は測定準備領域として構成される。この突極B1と突極B4は、測定準備領域としては、前記突極A1および突極A4の存在理由や機能と同じであるので、ここでは説明を省略する。
The measurement region of the shaft
この各突極B1、B2、B3およびB4とステータ巻線を備えたステータ磁極の間には、前記ギャップパーミアンスの変化に相当する、即ち、正弦波のステータ2次巻線出力が生じる関係が形成されている。 Between each of the salient poles B1, B2, B3 and B4 and the stator magnetic pole provided with the stator winding, there is formed a relationship corresponding to the change in the gap permeance, that is, a sine wave stator secondary winding output is generated. Has been.
図2(a)の一体形ロータ14は、軸中心Oを通る直線ハニと直線トチにより画定される、突極A2と突極A3からなる軸倍角1Xの突極A領域、および、突極B2と突極B3からなる軸倍角2Xの突極B領域を、軸中心O対称に設ける。
The
前記両直線により形成される中心角は、図2(a)の例では90°に設定されている。軸倍角nXが多角になると、領域内に配置するヨーク磁極の数が多くなるため、軸倍角nXの領域は中心角が大きい方が都合がよい。しかし、対向する軸倍角1Xの領域は測定領域(図2(a)では突極A2と突極A3)の前後に測定準備領域(突極A1と突極A4)を設けると、測定準備領域は1/4になり、軸倍角の異なる領域が2つあるので、180°未満の角度の1/4を限度とすると、各測定準備領域は中心角45°が最大限度となる。このため、軸倍角1Xを含む異なる軸倍角領域を有するロータの場合、各軸倍角領域は90°範囲領域の設定が好ましいものとなる。
The central angle formed by the two straight lines is set to 90 ° in the example of FIG. When the shaft multiple angle nX is a polygon, the number of yoke magnetic poles arranged in the region increases, so it is advantageous that the region of the shaft multiple angle nX has a larger central angle. However, if the measurement preparation region (saliency pole A1 and salient pole A4) is provided before and after the measurement region (in FIG. 2A, salient pole A2 and salient pole A3) in the region of opposing
図2(b)は、図2(a)の一体形ロータ14の斜め側面図である。一体形ロータ14は、所定の厚みを有する。
FIG. 2B is an oblique side view of the
図2(c)の一体形ロータ14’は、上半分を前記図2(a)の軸倍角1Xの領域と同じ突極形状に構成し、下半分は前記図2(a)の軸倍角2Xの代わりに軸倍角4Xの突極形状に形成した例である。軸倍角4Xの領域には、それぞれ軸倍角1Xのギャップパーミアンス特性を構成する特殊な形状の突極C1〜C8が均等配置されている。突極C3〜C6は、測定領域の突極形状を構成し、好ましくは同じ形状にする。突極C3〜C6の形状を同じにすると測定パターンが同じになり処理が容易になる。突極C1および突極C2と突極C7および突極C8の領域は、測定準備領域を構成し、その存在理由および機能は、前記図2(a)の突極A1と突極A4の説明で述べたものと同じになるので、ここでは説明を省略する。
(B):前記(1)軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するロータ形状のうち、(1−2)複数個の分割ロータを組み合わせた結合形について説明する。
The upper half of the integrated rotor 14 'shown in FIG. 2 (c) has the same salient pole shape as the region of the
(B): (1) Among the rotor shapes that easily form regions with different shaft angle multipliers, (1-2) a combined type in which a plurality of divided rotors are combined will be described.
図3は、分割ロータ15、15’から形成する結合形ロータ16の説明図であり、図3(a)は、上半分に軸倍角1Xの突極を形成した分割ロータ15、図3(b)は、下半分に軸倍角2Xの突極を形成した分割ロータ15’、図3(c)は、図3(a)の分割ロータ15と図3(b)の分割ロータ15’を互いの軸倍角領域が重ならないように組み合わせて一体化した結合形ロータ16を示す図である。
FIG. 3 is an explanatory view of the combined rotor 16 formed from the divided
図3に示すロータは、図3(a)と図3(b)の分割ロータ15、15’を組み合わせた図3(c)の結合形ロータ16が1個のロータ完成品を構成する。
In the rotor shown in FIG. 3, the combined rotor 16 shown in FIG. 3C, which is a combination of the divided
図3(a)の分割ロータ15は、上半分に、前記図2(a)の軸倍角1X領域の突極を設け、下半分に、半径r1と半径r2の半円弧により画定される半割リングRが形成される。
The divided
図3(b)の分割ロータ15’は、下半分に、前記図2(a)の軸倍角2X領域の突極を設け、上半分に、半径r1と半径r2の半円弧により画定される半割リングRが形成される。前記軸倍角は前記2Xの代わりに3X以上の任意の値を選択することが可能である。
3B is provided with salient poles in the region of the axial
図3(c)の結合形ロータ16は、図3(a)の分割ロータ15と図3(b)の分割ロータ15’を互いの突極領域が中心角でみて重ならないように組み合わせて一体化する。
The combined rotor 16 shown in FIG. 3C is formed by combining the divided
このように、結合形ロータ16は、相互に異なる任意の軸倍角の分割ロータを組み合わせて構成するので、軸倍角の選択により、自由に任意軸倍角の組合せロータを形成できる。
(C):前記(2)軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するステータ形状のうち、(2−1)一体形について説明する。
As described above, the combined rotor 16 is configured by combining divided rotors having arbitrary different shaft angle multipliers, so that a combination rotor having an arbitrary shaft angle multiplier can be freely formed by selecting the shaft angle multiplier.
(C): (2-1) The integral type will be described among the (2) stator shapes that simply form regions having different shaft angle multipliers.
図4は、本発明の異なる軸倍角のロータと組み合わせて用いられるステータを示す図である。図4(a)は、対向する中心角90°範囲領域に、軸倍角1Xのステータ巻線を備えたステータ磁極と軸倍角2Xのステータ巻線を備えたステータ磁極を配置した一体形ステータ17を示している。
FIG. 4 is a view showing a stator used in combination with a rotor having a different shaft angle multiplier according to the present invention. FIG. 4A shows an
図4(a)のステータヨーク13におけるステータ磁極配置領域となる中心角90°領域(a−b領域、c−d領域)は、前記ロータの測定領域に合わせて形成される。ステータヨーク13の軸倍角1X領域(a−b領域)には、ステータ巻線11を備えたステータ磁極12が等間隔に4極設けられている。ステータヨーク13の軸倍角2X領域(c−d領域)には、ステータ巻線11’を備えたステータ磁極12’が等間隔に8極設けられている。つまり、軸倍角nX領域には、それぞれのステータ巻線を備えたステータ磁極が等間隔に4n極設けられている。
A
ステータヨーク13の各ステータ磁極配置領域は、ロータの形状と組み合わされて構成されるが、基本的に、任意の軸倍角に対応する複数のステータ磁極を配置することが可能である。
Each stator magnetic pole arrangement region of the
ステータヨーク13の各ステータ磁極配置領域は、前記ロータの測定範囲の説明で述べた理由により軸中心角90°範囲とすることが好ましい。
It is preferable that each stator magnetic pole arrangement region of the
ステータヨーク13のb−c領域およびd−a領域にはステータ磁極が設けられていない空間ができるので、自動巻線機による前記ステータ巻線の巻回が容易になる。
Since a space where no stator magnetic pole is provided is formed in the bc region and the da region of the
また、軸倍角の異なる回転位置出力を得ることができるので、絶対位置測定が可能になる。
(D):前記(2)軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するステータ形状のうち、(2−2)組合せ形について説明する。
図4(b)は、対向する中心角90°範囲領域に、軸倍角1Xのステータ巻線11を備えたステータ磁極12と軸倍角2Xのステータ巻線11’を備えたステータ磁極12’を配置した両分割ステータヨークYd1とYd2を結合ステータヨークYb1とYb2により結合した組合せ形ステータ18を示している。
Further, since rotational position outputs having different shaft angle multipliers can be obtained, absolute position measurement can be performed.
(D): (2-2) Of the stator shapes that easily form regions with different shaft angle multipliers, (2-2) the combination type will be described.
In FIG. 4B, a stator
図4(b)の組合せ形ステータ18は、軸中心Oを中心にして対称に設けられた分割ステータヨークYd1および分割ステータヨークYd2と結合ステータヨークYb1および結合ステータヨークYb2をYd1−Yb1−Yd2−Yb2の順に組み合わせて構成する。前記各ヨークは、軸中心角90°分に対応する領域、例えば、ステータヨークのe−f領域、f−g領域、g−h領域、h−e領域毎に分離して形成される。ステータヨーク13のe−f領域には軸倍角1Xの出力を取り出すためのヨーク巻線を備えるステータ磁極が4極均等配置されている。同じくg−h領域には軸倍角2Xの出力を取り出すためのヨーク巻線を備えるステータ磁極が8極均等配置されている。結合ステータヨークYb1およびYb2は、分割ステータヨークYd1およびYd2と同じ強磁性体材料の他に透磁率の高い材料を用いることができる。分割ステータヨークYd1およびYd2と結合ステータヨークYb1およびYb2の固着手段としては、ボルト等の取り外しできる固着手段、接着剤を用いる固着手段や溶着手段等が用いられる。
The combined
組合せ形ステータ18のステータヨークを、測定に供する分割ステータヨークYd1およびYd2と、分割ステータヨークYd1およびYd2以外の部分を補完する結合ステータヨークYb1およびYb2に分割して形成し、これらを組み合わせて1個のステータを形成するので、分割ステータヨークYd1およびYd2の軸倍角を任意のものの組み合わせとすることができるようになる。
(E):前記(3)機械角で90°範囲領域あれば測定が可能になる理由を説明する。
The stator yoke of the combined
(E): (3) The reason why measurement is possible if the mechanical angle is in the range of 90 ° will be described.
ロータは、その突極形状として、測定領域には、測定用の0°を中心として中心角±45°の領域に軸倍角1Xに対応する突極形状(突極A2と突極A3)と、前記軸倍角1Xに対応する突極形状(突極A2と突極A3)に対し軸中心対称に軸倍角nX(n≧2)に対応する突極形状、即ち、180°を中心として中心角±45°の領域に軸倍角nXに対応する突極形状(例えば、n=2、突極B2と突極B3)を設け、測定領域以外の測定準備領域には、中心角45°から中心角90°までの領域と中心角−45°から中心角−90°までの領域に前記軸倍角1Xに対応する突極形状(突極A2と突極A3)の連続する1/2の突極形状(突極A4と突極A1)を設け、中心角90°から中心角135°までの領域と中心角−90°から中心角−135°までの領域に前記軸倍角nXに対応する突極形状(例えば、n=2、突極B2と突極B3)の連続する1/2の突極形状(例えば、n=2、突極B4と突極B1)を設けて構成する。
The rotor has a salient pole shape, and in the measurement region, a salient pole shape (saliency pole A2 and salient pole A3) corresponding to a shaft
ステータは、前記ロータの測定領域となる突極形状に応じて、ステータ巻線を備えたステータ磁極を配置して測定領域を構成する。 The stator forms a measurement region by arranging stator magnetic poles with stator windings according to the shape of the salient pole that becomes the measurement region of the rotor.
前記ロータと前記ステータを組み合わせたレゾルバは、例えば図1(a)の構成をとり、出力巻線から図1(b)に示す出力電圧特性を出力する。図1(a)のレゾルバは、図2(a)の一体形ロータ14と、図4(a)の一体形ステータ17から構成されている。
The resolver combining the rotor and the stator has, for example, the configuration shown in FIG. 1A and outputs the output voltage characteristics shown in FIG. 1B from the output winding. The resolver in FIG. 1 (a) is composed of the
前記出力電圧特性を図2の本発明の一体形ロータ、特に図2(a)の上部に軸倍角1Xの突極を設け、下部に軸倍角2Xの突極を設けた1X/2X一体形ロータ14に基づいて説明する。なお、図2(c)の一体形ロータ14’および図3(c)の結合形ロータ16の場合も同様に考えることができる。
The integrated rotor of the present invention shown in FIG. 2, particularly a 1X / 2X integrated rotor in which a salient pole having a shaft angle multiplier of 1X is provided in the upper part of FIG. 2A and a salient pole having a shaft angle multiplier of 2X is provided in the lower part. 14 will be described. The case of the
まず、一体形ロータ14における軸倍角1Xの突極(図2(a)の突極A2と突極A3)領域により、回転に伴って、出力電圧0(機械角−45°) → 出力電圧1(機械角0°) → 出力電圧0(機械角+45°)と変化する1XレゾルバのSIN信号を発生する。
First, the output voltage 0 (mechanical angle −45 °) →
一方、同時に動作するレゾルバを軸倍角nXのレゾルバで考えることが可能であるが、n=2の図2(a)の実施例の場合、一体形ロータ14における軸倍角2Xの突極(図2(a)の突極B2と突極B3)領域により、回転に伴って、出力電圧0(機械角−45°) → 出力電圧0.5(機械角−33.75°) → 出力電圧1.0(機械角−22.5°) → 出力電圧0.5(機械角−11.25°) → 出力電圧0(機械角0°) → 出力電圧0.5(機械角+11.25°) → 出力電圧1.0(機械角+22.5°) → 出力電圧0.5(機械角+33.75°) → 出力電圧0(機械角+45°)と変化するnXレゾルバのSIN信号(n=2の例)を発生する。
On the other hand, a resolver operating at the same time can be considered as a resolver having a shaft angle multiplier nX. In the case of the embodiment of FIG. 2A where n = 2, a salient pole having a
上で述べたように、一体形ロータ14の軸倍角1Xの突極を0°を中心にして±45°の領域に設けたので、この突極によって1周期の出力電圧を発生させ、この出力電圧に基づきR/Dコンバータを介して90°の角度領域に渡り1個の三角波(ノコギリ波)を発生することが可能になる。これにより、精度は多少落ちるが、上記角度領域において絶対回転位置を検出することが可能になる。
As described above, the salient pole of the
次に、一体形ロータ14の軸倍角2X(n=2の実施例の場合)の突極を180°を中心にして±45°の領域に設けたので、この突極によって2周期の出力電圧を発生させ、この出力電圧に基づきR/Dコンバータを介して90°の角度領域に渡り2個の三角波(ノコギリ波)を発生することが可能になる。これにより、分解能を上げることができ、上記角度領域において絶対回転位置を高精度で検出することが可能になる。
(F):前記(4)前記ロータと前記ステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーが、絶対位置測定を可能にする理由を説明する。
Next, since the salient pole of the
(F): (4) The reason why the rotation angle sensor using the resolver composed of the rotor and the stator enables the absolute position measurement will be described.
回転角度センサーは、軸倍角の異なる突極を中心角90°範囲領域単位で2カ所軸中心対称に設けた特殊なロータと、このロータの前記突極に対応してステータ磁極を設けた特殊なステータとからなるレゾルバを用いて構成したセンサーで、絶対回転位置を前記0°を中心にして±45°の範囲で測定可能としたものである。 The rotation angle sensor has a special rotor in which salient poles having different shaft angle multipliers are symmetrically provided at two central axes in a range of 90 ° of the central angle range, and a special magnetic pole provided with a stator magnetic pole corresponding to the salient pole of the rotor. This is a sensor configured using a resolver composed of a stator, and the absolute rotational position can be measured in a range of ± 45 ° centering on 0 °.
このレゾルバのそれぞれの出力信号をデジタル変換器を介して処理すると絶対位置信号出力を得ることができる。具体的に説明する。 When each output signal of the resolver is processed through a digital converter, an absolute position signal output can be obtained. This will be specifically described.
本発明の回転角度センサーは、図6(a)に示した従来のシステムと同じくデジタル変換器に接続される。デジタル変換器の入力は、本発明の回転角度センサーの場合、従来の図6(a)の例と異なり、レゾルバ出力の取得範囲に制限が生じる。 The rotation angle sensor of the present invention is connected to a digital converter in the same manner as the conventional system shown in FIG. In the case of the rotation angle sensor of the present invention, the input of the digital converter is different from the conventional example of FIG.
回転角度センサーシステムは、本発明のレゾルバとデジタル変換器から構成される。レゾルバは、軸倍角1Xと軸倍角nX(n=2)の突極を有するロータと、その突極に対応するステータ巻線を配置したステータとからなる軸倍角1Xレゾルバ部分と軸倍角nXレゾルバ部分から構成される。
The rotation angle sensor system includes the resolver and the digital converter of the present invention. The resolver includes a rotor having a salient pole with a shaft angle multiplier of 1X and a shaft angle multiplier of nX (n = 2), and a
デジタル変換器は、R/D(レゾルバ−デジタル)コンバータおよび合成回路により構成される。 The digital converter includes an R / D (resolver-digital) converter and a synthesis circuit.
軸倍角1XのVRレゾルバ部分、即ち、ステータ側の出力巻線から基準信号が入力された状態でロータが回転されると、出力巻線からはロータの回転角、即ち、(図示しない)励磁磁極とロータとの間隙によりその位置が決定される0°を中心として±45°を1周期とするSIN波信号、COS波信号が出力される。
When the rotor is rotated in a state where a reference signal is input from the VR resolver portion of the
このSIN波信号は、R/Dコンバータによって直線状の出力データ(三角波信号:ノコギリ波信号)に変換される。 This SIN wave signal is converted into linear output data (triangular wave signal: sawtooth wave signal) by an R / D converter.
また、軸倍角nX(多極)レゾルバ部分のステータ側の出力巻線に基準信号が入力された状態でロータが回転されると、出力巻線からはロータの回転角、即ちロータの突極と(図示しない)励磁磁極との位置関係によりその位置が決定される1極当たりの回転角を0°を中心として±45°をn周期とするSIN波信号、COS波信号が出力される。軸倍角2Xの場合、2周期のSIN波信号、COS波信号が出力される。このSIN波信号はR/Dコンバータにより各極に対応する複数の直線状の出力データ(極:三角波信号:ノコギリ波信号)に変換される。
Further, when the rotor is rotated in a state where the reference signal is input to the output winding on the stator side of the shaft multiple angle nX (multipolar) resolver portion, the rotation angle of the rotor from the output winding, that is, the salient pole of the rotor A SIN wave signal and a COS wave signal having a rotation angle per pole whose position is determined by a positional relationship with an exciting magnetic pole (not shown) and having a rotation angle of ± 45 ° around 0 ° as an n cycle are output. In the case of the shaft
システムの動作は、図6(c)に示すものと同じく、まず初期位置θkに対応する1XレゾルバおよびnXレゾルバの初期位置データAk、Bkを取り込む。次に、1Xレゾルバの初期位置(θk)データAkからnXレゾルバの初期極(直線状の出力データ)TBkが算出される。この初期極TBKとnXレゾルバの初期位置データBkとでアブソリュートデジタル回転位置データBakが算出される。 As in the operation of the system shown in FIG. 6C, first, initial position data Ak and Bk of the 1X resolver and nX resolver corresponding to the initial position θk are captured. Next, the initial pole (linear output data) TBk of the nX resolver is calculated from the initial position (θk) data Ak of the 1X resolver. Absolute digital rotational position data Bak is calculated from the initial pole TBK and the initial position data Bk of the nX resolver.
以後、所定時間経過する毎に、多極レゾルバの出力データBkが取り込まれ、上記演算が行われてその時々の回転位置データが求められる。 Thereafter, every time a predetermined time elapses, the output data Bk of the multipolar resolver is taken in and the above calculation is performed to obtain the rotational position data at that time.
本発明は、以上述べた回転角度センサーとしての効果の他に、特殊なロータ構成および特殊なステータ構成を組み合わせた軽薄短小のレゾルバとして所定角度範囲の角度位置を正確に測定することができる。 In addition to the effects as the rotation angle sensor described above, the present invention can accurately measure the angular position in a predetermined angular range as a light, thin, and short resolver combining a special rotor configuration and a special stator configuration.
A、A1,A2、A3,A4 軸倍角1X領域
B、B1,B2、B3,B4 軸倍角2X領域
C、C1,C2、C3,C4、C5、C6、C7、C8 軸倍角4X領域
a、a1,a2,a3,a4、b、c、d、e、f、g、h 点
O 軸中心
11、11’ ステータ巻線
12、12’ ステータ磁極
13 ステータヨーク
14、14’ 一体形ロータ
15、15’ 分割ロータ
16 結合形ロータ
17 一体形ステータ
18 組合せ形ステータ
Yd1、Yd2 分割ステータヨーク
Yb1、Yb2 結合ステータヨーク
A, A1, A2, A3, A4 Axis
Claims (5)
前記ステータヨークと、前記ロータとに、前記ロータの軸中心を中心とする中心角が180度未満の所定中心角範囲を、前記ロータの軸中心に関して対称になるようにしてそれぞれ2個所形成し、
2個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにするとともに、
2個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにし、
前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された1個の一体ロータの中に有するものとして構成し、
前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置した
ことを特徴とする回転角度センサー。 A stator having a stator yoke having a plurality of stator magnetic poles in the circumferential direction with a stator winding and a salient pole shape in which the gap permeance between the stator and the stator changes in a sinusoidal shape with respect to the rotation angle θ In a rotation angle sensor comprising a variable reluctance resolver comprising a rotor having a direction,
The stator yoke and the rotor are each formed with two predetermined central angle ranges with a central angle of less than 180 degrees centered on the axial center of the rotor so as to be symmetrical with respect to the axial center of the rotor,
The salient pole shape of the rotor included in one predetermined center angle range of the two predetermined center angle ranges, and the salient pole shape of the rotor included in the other predetermined center angle range, While making the shaft double angle different from each other,
An arrangement shape of the plurality of stator magnetic poles of the stator yoke included in one predetermined center angle range of the two predetermined center angle ranges, and a plurality of the stator yokes included in the other predetermined center angle range. The arrangement shape of the stator magnetic poles so that their shaft multiples are different from each other,
The rotor is configured to have the predetermined center angle range including the salient pole shape corresponding to each of the different shaft angle multipliers in one integrated rotor manufactured as a single unit,
The rotation angle sensor, wherein the plurality of stator magnetic poles of the stator yoke are arranged corresponding to the salient pole shape of the integral rotor.
測定領域には、その軸中心を中心とする中心角0°を中心として±45°の前記所定中心角範囲に軸倍角1Xに対応する前記突極形状を設け、中心角180°を中心として±45°の前記所定中心角範囲に軸倍角nXに対応する前記突極形状を設け、
測定準備領域には、中心角45°から中心角90°までの範囲と中心角−45°から中心角−90°までの範囲に前記軸倍角1Xに対応する前記突極形状の連続する1/2の突極形状を設け、中心角90°から中心角135°までの範囲と中心角−90°から中心角−135°までの範囲に前記軸倍角nXに対応する前記突極形状の連続する1/2の突極形状を設けて構成した
ことを特徴とする請求項2記載の回転角度センサー。 The rotor, as its salient pole shape,
In the measurement region, the salient pole shape corresponding to the shaft multiple angle 1X is provided in the predetermined central angle range of ± 45 ° centered on a central angle of 0 ° centered on the axis center, and the center angle of 180 ° is set as the center. The salient pole shape corresponding to the shaft multiple angle nX is provided in the predetermined central angle range of 45 °,
In the measurement preparation area, the salient pole shape corresponding to the shaft multiple angle 1X in the range from the central angle 45 ° to the central angle 90 ° and the central angle −45 ° to the central angle −90 ° is a continuous 1 / Two salient pole shapes are provided, and the salient pole shapes corresponding to the shaft multiple angle nX are continuous in a range from a central angle of 90 ° to a central angle of 135 ° and a range from a central angle of −90 ° to a central angle of −135 °. The rotation angle sensor according to claim 2, wherein the rotation angle sensor is configured by providing a half salient pole shape.
5. The rotation angle according to claim 1, wherein the stator yoke has a number of the plurality of stator magnetic poles corresponding to each of the different shaft multiples as 4n poles as a shaft multiple xnX. sensor.
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