(57)【要約】      （修正有）【課題】ロータの回転角度の検出精度を高めることができるレゾルバを提供する。【解決手段】レゾルバ１のロータ１０には、ギャップパーミアンスが変化するように、ステータ２０のティース２２に向かって突出した突出部１１が形成されている。ティース２２の先端面に対向する突出部１１の対向面、および、ティース２２の先端面のいずれか一方の面には、他方の面に向かって突出した突起１２が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って間隔をあけて、内側に突出した複数のティースが形成された環状のステータコアと、前記ティースに巻回されたコイルと、を備えたステータと、
前記ティースの先端面との間にギャップを有した状態で、前記ステータの内側で回転自在に配置されたロータであり、前記ロータの回転軸周りの回転により、前記ティースとのギャップパーミアンスが変化するように形成された板状のロータと、を備えたレゾルバであって、
前記コイルが、励磁信号が入力されて前記ティースを励磁する励磁コイルと、前記ギャップパーミアンスに応じた検出信号が出力される検出コイルと、を備え、
前記ロータには、前記ギャップパーミアンスが変化するように、前記ティースに向かって突出した突出部が形成されており、
前記ティースの前記先端面に対向する前記突出部の対向面、および、前記ティースの前記先端面のいずれか一方の面には、他方の面に向かって突出した突起が形成されていることを特徴とするレゾルバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転機器に取付けられ、回転機器の回転角度を検出するレゾルバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータ等の回転機器には、回転角度を検出するために、レゾルバが設けられている。このようなレゾルバは、環状のステータと、その内部で回転するロータを備えている。ロータは、回転機器の回転シャフトに連結され、ロータの回転角度から、回転機器の回転角度が算出される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、ステータは、内側に突出した複数のティースが形成された環状のステータコアと、ティースに巻回されたコイル（励磁コイルおよび検出コイル）と、を備えている。ロータには、ロータの回転軸回りの回転により、ステータのティースの先端面とのギャップパーミアンスが変化するように、突出部が形成されている。
【０００４】
回転機器の回転角度を検出する際には、ロータが回転している状態で、励磁コイルに励磁信号を入力し、検出コイルから出力された検出信号の電圧波形に基づいて、ロータの回転角度を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０３６２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、ロータに突出部を設けたとしても、検出信号の波形は、緩慢な波形となるため、ロータの回転角度の検出感度は低く、回転角度の検出精度が高いものであるとは言い難い。
【０００７】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、ロータの回転角度の検出精度を高めることができるレゾルバを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を鑑みて、本発明に係るレゾルバは、周方向に沿って間隔をあけて、内側に突出した複数のティースが形成された環状のステータコアと、前記ティースに巻回されたコイルと、を備えたステータと、前記ティースの先端面との間にギャップを有した状態で、前記ステータの内側で回転自在に配置されたロータであり、前記ロータの回転軸回りの回転により、前記ティースとのギャップパーミアンスが変化するように形成された板状のロータと、を備えたレゾルバであって、前記コイルが、励磁信号が入力されて前記ティースを励磁する励磁コイルと、前記ギャップパーミアンスに応じた検出信号が出力される検出コイルと、を備え、前記ロータには、前記ギャップパーミアンスが変化するように、前記ティースに向かって突出した突出部が形成されており、前記ティースの前記先端面に対向する前記突出部の対向面、および、前記ティースの前記先端面のいずれか一方の面には、他方の面に向かって突出した突起が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロータの回転時にギャップパーミアンスが変化するように、ロータにはティースに向かって突出した突出部が形成されている。これにより、ロータが回転した状態で、励磁コイルに励磁信号を入力すると、検出コイルの検出信号から、突出部に起因して周期性を有した検出電圧の波形が生成される。
【００１０】
本発明では、レゾルバには、突出部の対向面、および、ティースの先端面のいずれか一方の面に、突起がさらに形成されているため、検出波形に対して、周期が短く振幅が小さい波形が重畳的に形成される。これにより、検出コイルから検出された検出信号により、ロータの回転角度の検出感度を高めることができ、ロータの回転角度の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るレゾルバの模式的斜視図である。
【図２】図１に示すレゾルバの平面図である。
【図３】（ａ）は、図２に示すレゾルバの突出部近傍の平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）の変形例である。
【図４Ａ】本実施形態に係るレゾルバの検出信号の電圧波形を模式的に示したグラフである。
【図４Ｂ】図４Ａに示すＡ部を拡大したグラフである。
【図５】参考例に係るレゾルバの起磁力と検出磁束密度の関係を示したグラフである。
【図６】参考例に係るロータとステータとのギャップ長と、磁束密度の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレゾルバの模式的斜視図であり、図２は、図１に示すレゾルバの平面図である。図３の（ａ）は、図２に示すレゾルバの突出部近傍の平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）の変形例である。なお、図１では、励磁コイルの両端の接続端子、検出コイルの両端の接続端子は省略しており、図２では、図１に示す励磁コイルおよび検出コイルを省略している。
【００１３】
本実施形態に係るレゾルバ１は、モータ（図示せず）の回転角度を検出する装置であり、モータの回転シャフト４０に取付けられるラジアルギャップ型のレゾルバである。
【００１４】
レゾルバは、モータの回転シャフト４０に連結され、回転シャフト４０とともに回転するロータ１０と、ロータ１０を内周側に配置するように、モータのハウジング（図示せず）等に固定されたステータ２０とを備えている。
【００１５】
具体的には、ステータ２０は、環状のステータコア２１と、これに巻回したコイル２３とを備えている。ステータコア２１は、鉄系材料などの軟磁性材料からなり、たとえば、電磁鋼板等の軟磁性材料からなる薄板を打ち抜き成形されたものであってもよく、これら薄板または軟磁性材料からなる金属箔を複数積層した積層体であってもよい。ステータコア２１には、周方向に間隔をあけて、内側に突出した複数のティース２２、２２…が形成されている。
【００１６】
コイル２３は、ステータコア２１の各ティース２２に巻線を巻回したものであり、後述する励磁コイル２３Ａと検出コイル２３Ｂとで構成され、これらは、一般的に知られた形態で、巻線をティース２２に巻回したものである。
【００１７】
本実施形態では、励磁コイル２３Ａは、周方向に隣接するティース２２の巻方向が互いに反対方向となるように、１つの巻線により巻回されたものであり、巻線の両端と電気的に接続された接続端子に、励磁信号が入力される。これにより、励磁コイル２３Ａは、励磁信号が入力されてティース２２を励磁することができる。
【００１８】
一方、検出コイル２３Ｂは、周方向に隣接するティース２２の１つの巻線により巻回されたものであるが、たとえば、２本の巻線により、２相（ｓｉｎ波、ｃｏｓ波）の検出信号を検出してもよい。検出コイル２３Ｂでは、ロータ１０の回転軸Ｃ周りの回転により、ティース２２とロータ１０との変化するギャップパーミアンスに応じた検出信号（電圧信号）が出力される。
【００１９】
励磁コイル２３Ａによる励磁および検出コイル２３Ｂによる検出ができるのであれば、上述した巻線の巻位置および巻方向等は、特に限定されるものではない。
【００２０】
上述したロータ１０は、板状の部材であり、ステータ２０と同様の軟磁性材料からなる。ロータ１０には、モータの回転シャフト４０が嵌入される貫通孔１４が形成されており、貫通孔１４の中心は、ロータ１０の回転軸Ｃに一致している。
【００２１】
ロータ１０は、ステータ２０のティース２２の先端面との間にギャップを有した状態で、ステータ２０の内側で回転自在に配置されている。ロータ１０は、ロータ１０の回転軸Ｃ周りの回転により、ティース２２とのギャップパーミアンスが変化するように形成されている。
【００２２】
具体的には、ロータ１０には、後述する突起１２を除いた外形が、楕円形状であり、ギャップパーミアンスが変化するように、ティース２２に向かって突出した２つの突出部１１が形成されている。
【００２３】
具体的には、突出部１１は、ギャップパーミアンスがロータ１０の回転角度に対して正弦波状に変化するように、外周形状が形成されている。２つの突出部１１、１１は、ロータ１０の回転軸Ｃ周りに１８０°の角度を以って、平面視において、楕円の長軸側の端部近傍に相当する位置に形成されている。ロータ１０に２つの突出部１１、１１を設けることにより、ロータ１０の１回転につき、２周期でギャップパーミアンスが変化するようになっている。したがって、検出波形は、図４Ａの破線に示すように、２周期の正弦波を得ることができる。
【００２４】
本実施形態では、ステータ２０のティース２２の先端面に対向する突出部１１の対向面（外周面）には、ステータ２０のティース２２の先端面に向かって（具体的にロータ１０の回転軸Ｃから外側に向かって）突出した複数の突起１２、１２、…が形成されている。突起１２は、突出部１１の先端部分に形成されており、突出部１１よりも小さい。具体的には、突起１２の高さおよび幅は、突出部１１の高さおよび幅よりも小さい。
【００２５】
実施形態では、各突出部１１に対して突起１２が３個形成されており、中央の突起１２の山高さが最も大きい。しかしながら、突起１２により、図４Ｂに示す実線の如き波形を形成することができるのであれば、突起１２の高さおよび形状は、限定されるものではない。
【００２６】
本実施形態では、ロータ１０の中心から最も離れた位置の突起先端同士の距離をＲとし（図２参照）、隣接する突起１２、１２の間隔をＸとする（図３（ａ）参照）と、以下の式（１）を満たすことが好ましく、これにより、±３０°以下の精度で、ロータ１０の回転角度を検出することができる。
【００２７】
Ｘ≦２πＲ／７２０…（１）
【００２８】
本実施形態では、突起１２の個数は、特に限定されるものでないが、各突出部１１に対して奇数個であることが好ましく、たとえば、各突出部１１に対して突起１２は１つであってもよい。このようなロータ１０は、電磁鋼板等の軟磁性材料からなる薄板を打ち抜き成形されたものであってもよく、これら薄板または軟磁性材料からなる金属箔を複数積層した積層体であってもよい。また、突起１２のみを溶射等で成形してもよい。
【００２９】
本実施形態によれば、ロータ１０の回転時に、ロータ１０とステータ２０とのギャップパーミアンスが変化するように、ロータ１０には、ステータ２０のティース２２に向かって突出した突出部１１が形成されている。これにより、ロータ１０が回転した状態で、励磁コイル２３Ａに励磁信号（交流電圧）を入力すると、検出コイル２３Ｂの検出信号から、突出部１１に起因して周期性を有した、検出電圧の正弦波波形（図４の破線参照）が生成される。
【００３０】
しかしながら、本実施形態では、突出部１１の対向面に突起１２がさらに形成されているため、突出部１１に起因した周期性を有した波形に対して、突起１２に起因した周期が短く振幅が小さい波形が重畳的に形成される。このように本実施形態では、図４Ａ、４Ｂに示すように、検出電圧の正弦波波形（図４Ａに示す波形）に、さらに小さい正弦波波形（図４Ｂに示す波形）が形成される。
【００３１】
従来例の如く突起１２を設けていない場合には、図４Ｂに示すように、検出電圧の波形では、検出電圧の波形のピーク位置では電圧変化が少なく、ピーク位置におけるロータ１０の回転角度を検出することが難しい。しかしながら、本実施形態では、突起１２のギャップによる磁気抵抗が少ないため、突起１２により、電圧波形のピーク位置が顕著に検出されるために、検出感度が高くなり、ロータ１０の回転角度の検出精度が向上する。
【００３２】
ここで、図３（ａ）では、突出部１１と突起１２は同じ材料からなるが、たとえば、図３（ｂ）に示すように、突起１２に、アブレーダブル特性を有する溶射皮膜１２ａをさらに設けてもよい。
【００３３】
具体的には、溶射皮膜１２ａは、自身を摩耗させて相手部材を保護する特性（アブレーダブル特性）を有した皮膜である。溶射皮膜１２ａは、軟磁性粉末に、たとえば、合成マイカ、アルミナ、または、六方晶系の窒化ホウ素等を混合して、この混合粉末を溶射することにより成形することができる。
【００３４】
このように溶射皮膜１２ａを設けることにより、組付け時に、ロータ１０の表面の溶射皮膜１２ａをステータ２０と擦りあわせて、ロータ１０と、ステータ２０とのギャップ長を最小にする調整を行うことができる。この際、ロータ１０側の突起１２のうち、中央の突起１２が他の突起１２に比べて高いため、中央の突起１２が、僅かにステータ２０と干渉するだけであるので、擦れた際に発生する摩耗粉の量を低減することが可能になる。
【００３５】
なお、溶射皮膜１２ａの代わりに、コールドスプレー法により、突起１２の表面に皮膜を形成してもよい。コールドスプレー法により形成された皮膜は、摩耗しやすいため、ロータ１０と、ステータ２０とのギャップ長を最小にする調整を行うことができる。
【００３６】
さらに、図３（ａ）では、ロータ１０の突出部１１の対向面に突起１２を設けたが、たとえば、図３（ｃ）に示すように、ステータ２０のティース２２の先端面に、突起２５を設けてもよく、図３（ｄ）に示すように、突出部１１の対向面に突起１２を設け、ステータ２０のティース２２の先端面に突起２５を設けてもよい。さらに、これらの突起１２、２５に、図３（ｂ）に示す溶射皮膜１２ａを設けてもよい。ステータ２０のティース２２の先端面に、突起２５を設ける場合には、すべてのティース２２の先端面に設けてもよく、所定のティース２２を選択して、突起２５を設けてもよい。
【００３７】
〔参考例〕
ここで、発明者らは、以下の確認試験を行った。具体的には、ロータとステータ間のギャップ長を０．１ｍｍとし、突起を設けず突出部の表面にＮｉめっき皮膜を成形した場合と、鉄系材料で溶射皮膜を成形した場合の起磁力と、検出磁束密度との関係を確認した。
【００３８】
この結果、従来のギャップ長１ｍｍの検出磁束密度は、励磁限界起磁力（３２０Ａ・ターン）において、約０．２Ｔであるところ、Ｎｉめっき皮膜のものは、約０．７５Ｔ程度であり、溶射皮膜のものは、約１２Ｔを超えていた。したがって、励磁限界起磁力において、従来のレゾルバ（ギャップ長１ｍｍ）に比べて、Ｎｉめっき皮膜を形成したレゾルバ（ギャップ長０．１ｍｍ）では、約３．５倍の検出感度が得られ、溶射皮膜を形成したレゾルバ（ギャップ長０．１ｍｍ）では６倍以上の検出感度が得られた。
【００３９】
これにより、従来のものと同程度の検出感度のレゾルバを得る場合には、ロータおよびステータの軸方向の厚さをそれぞれ１／３．５（Ｎｉめっき皮膜）、１／６以下（溶射皮膜）とすることが可能になる。また同じ０．２Ｔまでの感度であれば、起磁力Ｎｌは、４０Ａ・ターンになるので、電流値またはコイルの巻数を１／８以下にすることができる。
【００４０】
なお、発明者らの実験によれば、ロータとステータとのギャップ長が１ｍｍでは、材料に依らず、Ｎｉめっき皮膜、溶射皮膜ともに検出磁束密度は、０．２Ｔとなり、ほぼ同じ特性であった。しかしながら、図８に示すように、ロータとステータとのギャップ長が０．１ｍｍでは、起磁力１００Ａ・ターン以上で、材料性能の違いにより、検出感度がさらに向上することが確認できた。特に、鉄系材料の溶射皮膜のように２５０Ａ・ターンで使用すると、０．８倍の起磁力で６倍の検出感度が得られ、レゾルバの厚さを、従来の１／６で、巻数０．８倍に小型化できる。
【００４１】
さらに発明者らは、起磁力一定の場合、鉄系材料の溶射皮膜での磁束密度（出力電圧に比例）の変化と、ロータおよびステータ間のギャップ長の関係を確認した。この結果を図６に示す。ギャップ長が０．７ｍｍ以下で一旦、検出磁束密度の傾きが上がり始め、更に０．３ｍｍ以下でさらに検出磁束密度が急に上がることが分かった。したがって、ロータとステータとのギャップ長を０．７ｍｍ以下にすることが好ましく、特に０．３ｍｍ以下とすることがより好ましいことが分かった。このような結果から、たとえば、図３（ａ）〜（ｄ）に示す、ロータとステータとのギャップ長も、このようなギャップ長の範囲に設定することが好ましい。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００４３】
本実施形態では、ロータを楕円形状にすることにより、２つの突出部を設けたが、ギャップパーミアンスを変化させることができるのであれば、突出部の個数は特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１：レゾルバ、１０：ロータ、１１：突出部、１２：突起、２０：ステータ、２１：ステータコア、２２：ティース、２３：コイル、２３Ａ：励磁コイル、２３Ｂ：検出コイル、２５：突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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