特許 5758835 バリアブルリラクタンス型レゾルバの設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5758835

(24)【登録日】2015年6月12日

(45)【発行日】2015年8月5日

(54)【発明の名称】バリアブルリラクタンス型レゾルバの設計方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20150716BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/20 110B

【請求項の数】1

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2012-91806(P2012-91806)

(22)【出願日】2012年4月13日

(65)【公開番号】特開2013-221774(P2013-221774A)

(43)【公開日】2013年10月28日

【審査請求日】2014年4月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】594183299

【氏名又は名称】株式会社松尾製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳田 英治

(72)【発明者】

【氏名】南 彰一

(72)【発明者】

【氏名】関冨 勇治

(72)【発明者】

【氏名】高橋 亨

(72)【発明者】

【氏名】今枝 宏旨

(72)【発明者】

【氏名】小木曽 紀春

(72)【発明者】

【氏名】山下 重利

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２５１７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６４４３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００− ５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９− ５／６２

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータの内部に、非真円形状のコアからなるロータを回転可能に軸支したバリアブルリラクタンス型レゾルバの設計方法であって、
回転角度θにおけるギャップをδ_θ、最小ギャップをδ_ｍｉｎ、ロータの外径振幅をｒ、軸倍角をＮとした場合、前記ロータの外形形状を、

【数1】

の式を用いて設計する、ことを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバの設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バリアブルリラクタンス（ＶＲ）型レゾルバの設計方法に関し、特に、レゾルバのロータの外形形状の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、回転角度や転位置の計測等に用いられるＶＲ型レゾルバが広く知られている。ＶＲ型レゾルバは、磁路中に設けたギャップの変動によりトランスの効率が変化することを利用したレゾルバである。かかるＶＲ型レゾルバでは、ロータとステータとの間に形成されるギャップが、ロータの回転に伴い周期的に変化するように、ロータの形状が設定されている。このロータの形状（ひいては、ギャップの変動パターン）は、レゾルバの精度等に大きな影響を与える。そのため、従来からレゾルバのロータの形状に関して種々の技術が提案されていた。

【0003】

たとえば、特許文献１には、回転角度θにおけるギャップδ_θが下記式１を満たすように、ロータの外形形状を設定することが提案されている。なお、式１において、δ_０は９０度および２７０度位置におけるステータとロータの間のギャップであり、δ_１は０度位置におけるステータとロータの間のギャップ、ｎは軸倍角、Ｋは定数である。この特許文献１の技術によれば、精度をより向上することができる。

【数1】

【0004】

また、特許文献２には、ステータとロータとの間のギャップｇが下記式２および式３で表される値をとるように構成することも提案されている。なお、式２，３において、δ_０は９０度および２７０度位置におけるステータとロータの間のギャップであり、δ_１は０度位置におけるステータとロータの間のギャップ、ｍは軸倍角、ｋは誤差補正定数である。

【数2】

【数3】

【0005】

さらに、特許文献３には、ステータとロータの間のギャップδが下記式４の値をとるように構成することが提案されている。なお、式４において、Ｒｓはステータ内半径、Ａはオフセット値（定数）、Ｎは軸倍角、ｒは突極の半径（定数）である。

【数4】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−１１８４１６号公報

【特許文献2】特開２００８−１６４４３５号公報

【特許文献3】特開２００５−４９１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１，２の技術では、軸倍角の値によっては、ロータ形状を適切に設定できないという問題があった。例えば、軸倍角が４の倍数の場合、δ_０＝δ_１となる。この場合、式１で定義されるギャップδ_θは、δ_θ＝δ_０となり、回転角度に関わらず常に一定の値となるという問題が生じる。また、δ_０＝δ_１の場合、式３で定義されるβが無限大になってしまい、式２に基づいて、ギャップｇ（ひいては、ロータ外形）を求めることができない。

【0008】

特許文献３の技術によれば、軸倍角に関わらず、ギャップを求めることができる。しかし、特許文献３の技術では、ギャップが正弦波の逆数で変化しないという問題があった。すなわち、ＶＲ型レゾルバでは、ギャップパーミアンス（ギャップの逆数）が正弦波で変化することが望ましい。しかし、特許文献３の技術の場合、オフセット値Ａと突極の半径ｒを調整したとしても、ギャップパーミアンスを正弦波状に変化させることはできなかった。

【0009】

つまり、従来、ギャップ、ひいては、ロータ外形を、軸倍角に関わらず、適切に設定でき得る技術はなかった。そこで、本発明では、ロータ外形が、軸倍角に関わらず、適切に設定されたレゾルバの設計方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のレゾルバの設計方法は、ステータの内部に、非真円形状のコアからなるロータを回転可能に軸支したバリアブルリラクタンス型レゾルバの設計方法であって、回転角度θにおけるギャップをδ_θ、最小ギャップをδ_ｍｉｎ、ロータの外径振幅をｒ、軸倍角をＮとした場合、前記ロータの外形形状を、

【数5】

の式を用いて設計する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、軸倍角の値に関わらず、常に、ロータを適切な形状に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態であるレゾルバの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるＶＲ型レゾルバ１０を示す図である。ＶＲ型レゾルバ１０は、磁性体からなるステータ１２と、当該ステータ１２の内部に回転可能に配置されたロータ１４と、を備えている。ステータ１２には、ロータ１４の回転中心に向かって突出した複数の磁極（図示せず）が設けられている。これら磁極には、励磁巻線、出力巻線（Ｓ_ＩＮ巻線、ＣＯＳ巻線）が設けられている。このステータ１２の内形は、ロータ１４の回転中心を中心とした円形となっている。

【0014】

ロータ１４は、ステータ１２の内部に回転可能に設けられており、磁性体からなる。このロータ１４は、回転に伴い、ステータ１２との間のギャップδ_θが周期的に変化し得る外形に設定されている。より具体的に説明すると、本実施形態では、ロータ１４の外形を、下記式５，６を満たすような形状としている。

【数6】

【数7】

【0015】

ここで、式５，６において、Ｒ_θはロータの外径（半径）、Ｒｓはステータの内径、δ_θは回転角度（機械角度）θにおけるステータ１２とロータ１４との間のギャップ、δ_ｍｉｎは、ステータ１２とロータ１４との間のギャップの最小値であり、Ｎは軸倍角である。また、ｒは、ロータ１４の外径振幅（ロータ１４の半径の最大値Ｒ_ｍａxとＲ_ｍｉｎの差の１／２、ｒ＝（Ｒ_ｍａx−Ｒ_ｍｉｎ）／２）である。また、図１は、軸倍角Ｎ＝４の場合を示している。

【0016】

ここで、ギャップδ_θを式６のように設定する理由について説明する。レゾルバ１０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、ファラデーの電磁誘導の法則により以下の式７，８で計算される。なお、式７，８においてＶ_ｏｕｔは出力電圧、Ｎ_ｉｎは励磁巻数、Ｒｍは磁気抵抗、Ｓは断面積、Ｎ_ｏｕｔは出力巻数、Ｉは電流、δはギャップ、μは透磁率である。
Ｒｍ＝δ／μＳ ・・・ 式７
Ｖ_ｏｕｔ∝（Ｎ_ｉｎ・Ｎ_ｏｕｔ）／Ｒｍ ・・・ 式８

【0017】

式８から明らかなとおり、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、巻数Ｎ_ｉｎ，Ｎ_ｏｕｔに比例し、磁気抵抗Ｒｍに反比例する。また、式７から明らかなとおり、磁気抵抗Ｒｍは、ギャップδに比例している。したがって、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、ギャップδに反比例（キャップδの逆数に比例）しているといえる。

【0018】

レゾルバ１０では、ロータ１４の回転によってステータ１２とロータ１４間のギャップを変化させてＳＩＮ波とＣＯＳ波を出力し、角度を検出している。したがって、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、ロータ１４の回転に伴い、正弦波状に変化することが望ましいといえる。そして、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを正弦波状に変化させるためには、ギャップδの逆数が正弦波状に変化することが必要となる。

【0019】

δ_θの逆数が、正弦波状に変化する場合、δ_θは、式９のように表すことができる。なお、式９において、Ａ，Ｂは定数である。
１／δ_θ＝Ａ・ｓｉｎ（θＮ）＋Ｂ ・・・ 式９

【0020】

ここで、上述したとおり、ギャップδ_θの最小値をδ_ｍｉｎとし、外径振幅をｒとした場合、ギャップδ_θの最大値は（δ_ｍｉｎ＋２ｒ）となる。また、ギャップの逆数（１／δ_θ）は、θＮ＝９０度のとき最大値（１／δ_ｍｉｎ）となり、θＮ＝２７０度のとき最小値（１／（δ_ｍｉｎ＋２ｒ））となる。これを、式９にあてはめると、次の式１０，１１が得られる。
１／δ_ｍｉｎ＝Ａ・ｓｉｎ（９０）＋Ｂ ・・・ 式１０
１／（δ_ｍｉｎ＋２ｒ）＝Ａ・ｓｉｎ（２７０）＋Ｂ ・・・ 式１１

【0021】

この式１０，１１を解くと定数Ａ，Ｂは、それぞれ、式１２，１３のようになる。
Ａ＝ｒ／｛δ_ｍｉｎ（δ_ｍｉｎ＋２ｒ）｝ ・・・ 式１２
Ｂ＝（δ_ｍｉｎ＋ｒ）／｛δ_ｍｉｎ（δ_ｍｉｎ＋２ｒ）｝ ・・・ 式１３
そして、この式１２，１３を式９に代入し、整理すると、

【数8】

となり、ギャップδ_θは、式６になることがわかる。つまり、本実施形態によれば、ギャップδ_θは、正弦波の逆数で変化するようになり、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが正弦波で変化する。

【0022】

また、式６から明らかなとおり、本実施形態では、ギャップδ_θを定義するにあたって、特許文献１，２のように、δ_０（回転角度９０度および２７０度位置におけるステータ１２とロータ１４の間のギャップ）や、δ_１（０度位置におけるステータ１２とロータ１４の間のギャップ）のようなパラメータを利用していない。その結果、軸倍角Ｎの値に関わらず、常に、ロータ１４を適切に設定することができる。

【0023】

つまり、式５，６に基づいてギャップδ_θ、ロータ１４の外形を設定する本実施形態によれば、ギャップδ_θを、軸倍角に関わらず、常に、正弦波の逆数で変化させることができ、ひいては、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを正弦波状に変化させることができる。なお、本実施形態では、軸倍角が４の場合を例に挙げて説明したが、当然ながら、軸倍角の値は適宜、変更されてよい。

【符号の説明】

【0024】

１０ レゾルバ、１２ ステータ、１４ ロータ。

【図1】