(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウターロータとインナーロータとの間にステータを持つ同軸構造の回転電機におけるアウターロータとインナーロータとの回転位置を検出するための同軸多重位置検出器であって、
周方向に個々に分割されたステータピースと、該ステータピースに巻かれた励磁巻線と検出巻線とを有し、前記回転電機のステータに固定して配置されたステータと、
このステータの径方向内外に配置され、それぞれ極数に応じた凸部と凹部とを持ち、互いに極数が異なる構成を有し、前記回転電機のアウターロータとインナーロータとに接続して配置された２つのロータと、を備え、
ステータの検出巻線の出力より内外に設置されたロータ位置を出力することで、前記回転電機のアウターロータとインナーロータとの回転位置を検出することを特徴とする同軸多重位置検出器。
【請求項２】
前記検出巻線が、位相が９０度ずつ異なるようステータピースに巻かれた４つの巻線から成る請求項１記載の同軸多重位置検出器。
【請求項３】
前記検出巻線からの信号は、位置検出装置にて１８０度位相が異なる検出巻線の信号が加算されて極数の多いロータの位置を検出し、検出した極数の多いロータの位置信号を用いて極数の少ないロータの位置を検出する請求項２記載の同軸多重位置検出器。
【請求項４】
内外にロータを持ち、アウターロータとインナーロータとの間にステータを持つ同軸構造の回転電機において、回転電機のアウターロータとインナーロータの位置を検出するために請求項１記載の同軸多重位置検出器を利用するにあたり、同軸多重位置検出器の外周ロータおよび内周ロータのうちいずれか一方のロータを回転電機のアウターロータに設置し、他方のロータを回転電機のインナーロータに設置するとともに、同軸多重位置検出器のステータを回転電機のステータに固定したことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸構造の回転電機などの回転する部材のロータ位置を検出する多重位置検出器およびそれを用いた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内外にロータを持ち、アウターロータとインナーロータとの間にステータを持つ同軸構造の回転電機が用いられるようになってきた。この種の回転電機では、アウターロータとインナーロータとが固定されたステータの周りを各別に回転するため、アウターロータとインナーロータの位置を各別に知る必要がある。そのため、例えば、回転電機のアウターロータにはアウターロータ用位置検出器を設置し、インナーロータにはインナーロータ用位置検出器を設置していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１４１０３号公報（第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の回転電機では、アウターロータとインナーロータの各別に各別の位置検出器を用いていたため、回転電機の軸長の増加や配線の増加の問題を招いていた。これらの問題は、コンパクトに構成することが最重要課題である回転電機において大きな問題であり、これらの問題を解消できる位置検出器の開発が望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を有利に解消して、回転電機に組み込んだ場合の軸長の増加や配線の増加を解消することができる同軸多重位置検出器を提供するものであり、本発明の多重位置検出器は、アウターロータとインナーロータとの間にステータを持つ同軸構造の回転電機におけるアウターロータとインナーロータとの回転位置を検出するための同軸多重位置検出器であって、周方向に個々に分割されたステータピースと、該ステータピースに巻かれた励磁巻線と検出巻線とを有し、前記回転電機のステータに固定して配置されたステータと、このステータの径方向内外に配置され、それぞれ極数に応じた凸部と凹部とを持ち、互いに極数が異なる構成を有し、前記回転電機のアウターロータとインナーロータとに接続して配置された２つのロータと、を備え、ステータの検出巻線の出力より内外に設置されたロータ位置を出力することで、前記回転電機のアウターロータとインナーロータとの回転位置を検出することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明の多重位置検出器にあっては、従来必要であった２組の位置検出器が、１つで２箇所の位置を検出できるため１組で済ますことができるので、また、位置検出器のステータが１つで２箇所の位置を検出できるので、回転電機に組み込んだ場合回転電機全体の軸長を短くすることができる。さらに、従来の２組の位置信号配線が１組で済むので、配線断裂などの危険性が減る。
【０００７】
本発明の多重位置検出器にあっては、内外のロータを凸部と凹部を持つ例えば積層鋼板から構成することで、検出巻線にはロータの凸部、凹部に応じた正弦波が出力される。これは、ステータから見て、凸部では磁気抵抗が低く、凹部では磁気抵抗が高いためである。この正弦波を利用して、励磁信号との関係を用いることにより、ロータの位置を検出することができる。ここで、内外のロータの極数を変えることで、検出巻線には内外ロータの信号が複合されて出力されることになる。つまり、１つのステータに２種類の信号を重畳することで、２種類の位置信号を１つのステータから出力出力することができる。この信号は極数が異なるために、ステータから見て２つの信号の位相、周波数が異なるために、互いに干渉することなく分離が可能である。
【０００８】
また、本発明の多重位置検出器においては、前記検出巻線が、位相が９０度ずつ異なるようステータピースに巻かれた４つの巻線から成ることが好ましい。さらに、前記検出巻線からの信号は、位置検出装置にて１８０度位相が異なる検出巻線の信号が加算されて極数の多いロータの位置を検出し、検出した極数の多いロータの位置信号を用いて極数の少ないロータの位置を検出することが好ましい。
【０００９】
このように構成することで、検出巻線を互いに９０度ずらしたことにより、それぞれのロータの極数比を１：２とすれば、４つの検出巻線に出力される信号は次のようになる。
１番目：V1=A*(cosθ+cos2θ’)
２番目：V2=A*(cos(θ-90)+cos2(θ’-90))
３番目：V3=A*(cos(θ-180)+cos2(θ’-180))
４番目：V4=A*(cos(θ-270)+cos2(θ’-270))
ここでAは励磁信号であり通常は正弦波A=Esin(ωt)が加えられる。
【００１０】
ここで、１番目の巻線出力と３番目の巻線出力を加えればθが消えるので
V1+V3=A*2cos2θ’
となり、θ’の成分のみが検出でき、
また、２番目の巻線出力と３番目の巻線出力を加えれば
V2+V4=A*2cos(θ’-90)
となる。
【００１１】
ここで、検出されたθ’の信号からθの信号を検出するには、
V1-(V1+V3)/2
の演算を行えば良い。結果としてcosθの項が検出できる。同様に、
V2-(V2+V4)/2
の演算によりsinθの項を検出できる。
検出されたsinθ、cosθの項を用いれば、既存のR/Dコンバータと同様の原理を用いてθを得ることができる。ここで、θ’の項のsin信号は、cos信号を微分して得ることができる。以上により、９０度ずれた４つの検出巻線を用いて、２つのロータの位置を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の回転電機は、内外にロータを持ち、アウターロータとインナーロータとの間にステータを持つ同軸構造の回転電機において、回転電機のアウターロータとインナーロータの位置を検出するために上述した構成の同軸多重位置検出器を利用するにあたり、同軸多重位置検出器の外周ロータおよび内周ロータのうちいずれか一方のロータを回転電機のアウターロータに設置し、他方のロータを回転電機のインナーロータに設置するとともに、同軸多重位置検出器のステータを回転電機のステータに固定したことを特徴とするものである。
【００１３】
同軸構造の回転電機に、上述した構成の同軸多重位置検出器を用いることで、軸長が１つ分の位置検出器１つで回転電機のインナーロータとアウターロータの位置を検出することができる。また、インナーロータ検出器の外周ロータを固定した場合は、検出器の外周ロータの積層鋼板をインナーロータにあらかじめ設置しておくことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の同軸多重位置検出器の一例の構成を示す図であり、図１（ａ）はその正面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図をそれぞれ示している。図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、本発明の同軸多重位置検出器１は、ステータ２と、ステータ２の内側に配置したインナーロータ３およびステータ２の外側に配置したアウターロータ４と、から構成されている。インナーロータ３とアウターロータ４とは異なる極数、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示す例では、インナーロータ３は２極対でアウターロータ４は４極対の異なる極数を有している。また、それぞれ極数に応じて凸部と凹部、すなわち、インナーロータ３には２組の凸部と凹部を設け、アウターロータ４には４組の凸部と凹部を設けている。
【００１５】
ステータ２は個々の分割されたステータピース５、ここでは１２個のステータピース５から構成され、各ステータピース５には、励磁巻線６と検出巻線７が図示のように巻かれている。本例では、インナーロータ３とアウターロータ４の位置を各別に求める必要があるため、２組の検出巻線７、すなわち、１組目の１番〜４番の検出巻線７−１−１〜７−１−４と２組目の１番から４番の検出巻線７−２−１〜７−２−４とから構成されている。そして、各別の１番〜４番の検出巻線７−１−１〜７−１−４（または７−２−１〜７−２−４）は、それぞれ、位相が９０度ずつ異なるようステータピース５に巻かれている。
【００１６】
この状態で、検出巻線７からの信号は、位置検出装置にて１８０度位相が異なる検出巻線の信号が加算されて極数の多いロータ（ここではアウターロータ４）の位置を検出し、検出した極数の多いロータの位置信号を用いて極数の少ないロータ（ここではインナーロータ４）の位置を検出することができる。
【００１７】
次に、上述した本発明の同軸多重位置検出器１において、実際にインナーロータ３とアウターロータ４の位置を求める方法について説明する。なお、１組目の１番〜４番の検出巻線７−１−１〜７−１−４での位置測定と、２組目の１番〜４番の検出巻線７−２−１〜７−２−４での位置測定とは同じ測定方法であるため、ここでは１組目の１番〜４番の検出巻線７−１−１〜７−１−４の場合を例にとって説明する。まず、励磁巻線６から励磁した状態で、図１（ａ）、（ｂ）に示す構成の同軸多重位置検出器１の１番〜４番の検出巻線７−１−１〜７−１−４から電圧Ｖ１〜Ｖ４を求める。求めた電圧Ｖ１〜Ｖ４を、図２に示す回路で計算し、AcosθとAsinθを求める。次に、求めたAcosθとＶ１を、図３に示す回路で計算し、Acos2θとAsin2θを得る。その後、得られたAcos2θとAsin2θを、図４に示す回路（公知のトラッキング方式のR/D（レゾルバ／デジタル）変換器の一例）で計算し、ロータの位置を求めることができる。
【００１８】
実際の波形の一例として、１番目の検出巻線７−１−１の電圧Ｖ１の波形と３番目の検出巻線７−１−３の電圧Ｖ３の波形を図５に示す。図５において、Ｖ１０、Ｖ３０はインナーロータ３に起因して発生する電圧であり、Ｖ１１、Ｖ３１はアウターロータ４に起因して発生する電圧である。
【００１９】
図６は本発明の同軸多重位置検出器を同軸型の回転電機に組み込んだ例を示す図である。図６に示す例において、同軸型の回転電機１１は、ステータ１２と、ステータ１２の内周に設置したインナーロータ１３と、ステータ１２の外周に設置したアウターロータ１４とから構成されている。そして、回転電機１１のインナーロータ１３とアウターロータ１４の位置を検出するために、上述した構成の同軸多重位置検出器１を利用するにあたり、同軸多重位置検出器１のアウターロータ４を回転電機１１のインナーロータ１３に接続して配置し、同軸多重位置検出器１のインナーロータ３を回転電機１１のアウターロータ１４に接続して配置し、さらに、同軸多重位置検出器１のステータ２を回転電機１１のステータ１２に固定している。なお、本例では、回転電機１１のインナーロータ１３の内部をアウターロータ１４と接続するアウターロータシャフト１５が貫通しているため、このようなレイアウトとなったが、ロータの接続・配置は上述した例に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の同軸多重位置検出器の一例の構成を示す図である。
【図２】  本発明の同軸多重位置検出器における位置検出の前処理を行う回路の一例を示す図である。
【図３】  本発明の同軸多重位置検出器における位置検出の前処理を行う回路の他の例を示す図である。
【図４】  本発明の同軸多重位置検出器における位置検出で用いるトラッキング式Ｒ／Ｄ変換器の一例を示す図である。
【図５】  本発明の同軸多重位置検出器において検出巻線に発生する電圧波形の一例を示す図である。
【図６】  本発明の同軸多重位置検出器を同軸型の回転電機に組み込んだ例を示す図である。
【符号の説明】
１  同軸多重位置検出器、
２、１２  ステータ
３、１３  インナーロータ
４、１４  アウターロータ
５  ステータピース
６  励磁巻線
７、７−１−１〜７−１−４、７−２−１〜７−２−４  検出巻線
１１  回転電機
１５  アウターロータシャフト
【図１】
0003719244.tif 000002
【図２】
0003719244.tif 000003
【図３】
0003719244.tif 000004
【図４】
0003719244.tif 000005
【図５】
0003719244.tif 000006
【図６】
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