KR20030031869A

KR20030031869A - 회전각도 검출장치, 이를 사용한 영구자석형 회전전기 및영구자석형 회전전기를 사용한 전동 파워스티어링 장치

Info

Publication number: KR20030031869A
Application number: KR1020020063216A
Authority: KR
Inventors: 나카노마사쓰구; 토이데유카리; 아쿠쓰사토루
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: KR100492502B1; US20030074799A1; DE10248200A1; DE10248200B4; US6891365B2; JP3938501B2; US20050168217A1; US7009389B2; JP2003194584A

Abstract

고정자 내경의 완전원 형상도의 악화등의 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정해서 정밀도가 좋은 회전각도 검출장치를 얻는다.

1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자(12)와 돌출극을 갖는 회전자(13)를 구비한 회전각도 검출장치로서, 고정자(12)가 다수의 티스(11)를 소유하고, 2상의 출력권선은 다수의 티스(11)를 소유하고, 2상의 출력권선은 다수의 티스에 감겨있고, 다수의 티스가 출력권선의 권수가 N인 티스와, 출력권선의 권수가 N±m(N,m은 정의 정수로 N>m이라고 함)인 티스 및 권수가 m인 티스의 적어도 어느 한쪽을 포함하고 있다.

Description

회전각도 검출장치, 이를 사용한 영구자석형 회전전기 및 영구자석형 회전전기를 사용한 전동 파워스티어링 장치{ROTATION ANGLE DETECTION DEVICE}

본 발명은 회전각도 검출장치에 관해, 특히 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와 돌출극을 갖는 회전자로 된 회전각도 검출장치에 관한 것이다.

회전각도 검출장치로서 광학식 인코더가 종래로부터 사용하고 있으나, 광학식 인코더는 사용온도환경이 제한되는 동시에 구조가 복잡하고, 고가이라는 결점이 있다. 이에 대해, 구조가 간단하고, 값싸고, 또 고온도환경에도 견디어 내는 것으로 회전자와 고정자간의 갭의 퍼미언스의 변화를 이용한 회전각도 검출장치가 고안되어 있다. 예를들면, 일본국 특공소 62-58445호 공보에는 2상의 여자권선과 1상의 출력권선을 갖는 회전각도 검출장치의 예가 기재되어 있다. 또, 일본국 특개소 49-124508호 공보에는 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 갖는 예가 기재되어 있다. 어느 종래예도 회전자의 형상을 돌출극을 갖는 것으로 되어 있으므로, 회전자의 각도에 의해 출력권선에 나타나는 전압의 위상 또는 진폭이 변화하고, 그 변화를 판독함으로써, 회전자의 위치를 알 수 있다는 것이다. 또, 이들의 종래예에서는 출력권선의 권수가 각 티스에서 모두 같아진 이들의 종래예에서는 공작오차가 없는 이상적인 경우에는 검출위치 오차는 작고, 정밀도가 좋은 회전각도 검출장치가 얻어지나, 실제로는 공작오차가 발생해 버리므로, 검출위치 오차는 증대하고, 소망의 정밀도가 얻어지지 않는다는 문제점이 있다. 예를들면, 권선의 배치의 오차나 고정자철심을 뚫을때에 사용하는 금형의 정밀도의 악화등의 원인이 되고, 고정자의 내경의 완전원 형상도가 악화한 경우에는 검출위치가 커져 버린다.

도 24는 종래예로서, 축배각이 2의 회전각도 검출장치를 표시한다. 도 24의 종래예는 구체적으로는 일본국 특개소 49-124508호 공보에 기재된 회전자 형상이 2개의 돌출극을 가지고 있는 경우의 것에 상당한다. 도 24에서 100-1 및 100-2는 2상의 출력권선(이하, 출력권선(1) 및 출력권선(2)로 한다)이다. 또, 101은 티스이고, 102는 이들 티스(101)를 8개 갖고 있는 고정자이다. 도면중의 수자 1 ~ 8은 티스(101)의 티스번호를 표시하고 있다. 103은 회전자이고, 104는 티스(101)에 권회된 권수 N의 출력권선이고, 105는 회전자(103)의 회전축이다.

도 24에 표시한 바와같이, 이 종래예에서의 회전각도 검출장치는 8개의 티스 (101)를 갖는 고정자(102)와 2개의 돌출극을 소유하고, 고정자와 공극면의 퍼미언스의 변동이 맥동하고, 기계각 360도에서 2개 크레스트(crest)의 맥동성분을 가진 구조로 한 회전자 (103)로 되고, 고정자(102)에는 도면에는 표시하고 있으나, 여자권선이 각 티스 (101)에 집중적으로 권회되어 있고, 인접한 티스(101)로 극성이 역이되도록 감겨져 있다. 또, 2상의 출력권선(100)은 각각 4개의 티스(101)(구체적으로 출력권선 (1)은 티스번호 1,3,5,7의 티스, 출력권선(2)은 티스번호 2,4,6,8의 티스)에 같은 권수 N만큼 권회되어 있다. 단극성은 서로 어긋나게 되어 있다. 출력권선(1)은 도 24에 표시한 바와같이, 티스번호 1,3,5,7에 감기고, 그 극성을 서로 엇갈리게, 즉 티스번호(1)과 (5)와 같은 극성, 3과 7이 같은 극성, 또 티스번호 1과 3에서 극성이 역이되도록 감겨있다. 출력권선(2)은 도 24에 표시한 바와같이,티스번호 2,4,6,8에 감기고, 그 극성을 서로 어긋나게 되도록 즉, 티스번호 2와 6에서 같은 극성 4와 8로 같은 극성, 또 티스번호 2와 4에서 극성이 역이 되도록 감겨 있다. 또, 이들 4개의 권선(104)은 직렬로 접속되어 있다. 이와같이, 도 24에 표시하는 종래예에서는 출력권선의 권수는 출력권선이 감겨진 각 티스에서 같은 N이 되어 있다. 이때, 공작오차가 없는 이상적인 경우에는 검출위치 오차는 작고, 정밀도가 좋은 회전각도 검출장치로 동작한다.

그러나, 이미 말한대로 실제로는 공작오차가 발생하므로, 검출위치 오차는 증대하고, 소망하는 정밀도가 얻을 수 없게 된다. 예를들면, 고정자철심을 구멍을 뚫었을때에 사용하는 금형의 정밀도의 악화등이 원인이 되어 고정자의 내경의 완전원 형상도가 악화된 경우에는 검출위치 오차가 커질때가 있다.

공작오차에 의해, 검출위치 오차가 증대하는 것을 구체적으로, 예를들어 설명한다. 축배각이 2인 고정자 내경 20mm의 회전각도 검출장치를 설계한 경우를 예로 한다. 또, 권선사양은 먼저 설명한 종래예와 같다고 본다.

고정자의 내경의 완전원 형상도가 악화되고, 타원상으로 변형한 경우를 생략한다. 완전원 형상에서 50㎛만큼 어긋나서 변형한 경우와, 공작오차가 없고, 고정자 내경의 형상이 완전원 형상인 이상적인 상태에서 검출위치 오차를 도 31에 표시한다. 가로축은 회전자의 위치를 기계각으로 표시하고, 세로축에는 검출위치 오차를 기계각으로 표시한다. 이 도면에서 고정자의 내경이 완전원 형상에서 약간 변형함으로서, 검출위치 오차가 증대하는 것을 알 수 있다. 또, 검출위치 오차의 주기가 기계각 180도이고, 이는 전기각으로 고치면, 360도인 것을 알 수 있다. 단,전기각은 기계각에 축배각을 곱한 값으로 한다. 또, 이 전기각 360도 주기의 오차의 위상은 발생하고 있는 공작오차에 의해 여러가지 값으로 변화한다.

그 다음, 고정자의 내경의 완전원 형상도가 악화되고, 4각형상으로 변형한 경우를 생각한다. 완전원 형상에서 20㎛만큼 어긋나 변형한 경우와 공작오차가 없이 고정자 내경의 형상이 완전원 형상인 이상적인 상태의 검출위치 오차를 도 26에 표시한다. 가로축은 회전자의 위치를 기계각으로 표시하고, 세로축에는 검출위치 오차를 기계각으로 표시한다. 이 도면에서 고정자의 내경이 완전원 형상에서 약간 변형함으로서, 검출위치 오차가 증대하는 것을 알 수 있다. 또, 검출위치 오차의 주기가 기계각 90도이고, 이는 전기각으로 고치면, 180도인 것을 알 수 있다. 또, 이 전기각 180도 주기의 오차의 위상은 발생하는 공작오차에 의해 여러가지 값으로 변화한다.

위에서 설명한 바와같이, 종래의 회전각도 검출장치에서는 공작오차가 없는 이상적인 경우에서는 검출위치 오차는 작고, 정도가 좋은 회전각도 검출장치로서 동작하도록 설계되어 있으나, 실제로는 권선의 배치의 오차나, 고정자철심을 펀칭(punching)할때 사용하는 금형의 정도(accuracy)의 악화등이 원인으로 되어, 불가피하게 공작오차가 발생하여, 검출위치 오차가 증대하고, 소정의 정도가 얻어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표시한 구성도.

도 2는 본 발명의 실시형태 1에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 3은 종래예와 본 발명의 실시형태 1의 검출위치 오차의 비교를 그래프로 표시한 설명도.

도 4는 본 발명의 실시형태 2에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표시한 구성도.

도 5는 본 발명의 실시형태 2에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 6은 본 발명의 실시형태 2에서의 회전각도 검출장치의 권선사양의 변형예를 표형식으로 표시한 설명도.

도 7은 본 발명의 실시형태 2에서의 2상 출력권선의 전압변화의 직류성분α₁,α₂의 조합과 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차 β의 위상의 관계를 표형식으로 표시한 설명도.

도 8은 종래예와 본 발명의 실시형태 2의 검출위치 오차비교를 그래프로 표시한 설명도.

도 9는 본 발명의 실시형태 3에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표시한 구성도.

도 10은 본 발명의 실시형태 3에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 11은 종래예와 본 발명의 실시형태 3의 검출위치 오차비교를 그래프로 표시한 설명도.

도 12는 본 발명의 실시형태 4에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표시한 구성도.

도 13은 본 발명의 실시형태 4에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 14는 종래예와 본 발명의 실시형태 4의 검출위치 오차비교를 그래프에 의해 표시한 설명도.

도 15는 본 발명의 실시형태 5에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표시한 구성도.

도 16은 본 발명의 실시형태 5에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 17은 본 발명의 실시변형예를 표형식으로 표시한 설명도.

도 18은 종래예와 본 발명의 실시형태 5의 검출위치 오차비교를 그래프에 의해 표시한 설명도.

도 19는 종래예와 본 발명의 실시형태 5의 변형예 검출위치 오차비교를 그래프로 표시한 설명도.

도 20은 본 발명의 실시형태 6에서의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 21은 종래예와 본 발명의 실시형태 6의 검출위치 오차비교를 그래프로 표시한 설명도.

도 22는 본 발명의 실시형태 8에서의 영구자석형 회전전기의 구성을 표시한 개략구성도.

도 23은 본 발명의 실시형태 9에서의 전동파워 스티어링의 구성을 표시한 개략구성도.

도 24는 종래의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표시한 구성도.

도 25는 종래의 회전각도 검출장치의 권선사양을 표형식으로 표시한 설명도.

도 26은 고정자권선 내경이 4각형상으로 변형하여, 완전원 형상에서 20㎛ 어긋나 있는 경우의 검출위치 오차의 변화를 그래프에 의해 표시한 설명도.

도 27은 2상의 출력권선의 전압의 변화(축배각 2의 경우)를 그래프에 의해 표시한 설명도.

도 28은 공간 2차의 자속이 어떻게 출력권선에 교차하는 가를 표시한 설명도.

도 29는 공간 6차의 자속이 어떻게 출력권선에 교차하는가를 표시한 설명도.

도 30은 공간 4차의 자속이 어떻게 출력권선에 교차하는가를 표시한 설명도.

도 31은 고정자권선 내경이 타완전원 형상상으로 변형하여, 완전원 형상으로부터 50㎛ 어긋난 경우, 검출위치 오차의 변화를 그래프로 표시한 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11, 101 : 티스,12, 102 : 고정자,

13, 103 : 회전자,21, 100-1 : 출력권선(1),

22, 100-2 : 출력권선(2),

14a,14b,24a,24b,24c,24d,34a,34b,34c,34d,44a,44b,44c,54a,54b,104

: 출력권선,

15, 105 : 회전축,16 : 여자권선,

104-1, 104-3, 104-5, 104-7 : 출력권선,

106 : 공간2차의 자속, 107 : 공간6차의 자속,

108 :공간4차의 차속,140 : 영구자석형 회전전기,

141 : 고정자, 142 : 전기자철심,

143 : 전기자권선, 144 : 회전자,

145 : 회전자철심, 146 : 영구자석,

147 : 샤프트, 148 : 베어링,

151 : 스티어링 휠, 152 : 컬럼샤프트,

153 : 웜기어,154 : 핸들조인트,

155 : 스티어링기어,156 : 랙.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극(salient poles)을 가진 회전자로 된 회전각도 검출장치에서 출력권선의 권수를 연구함으로써, 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하여, 정도가 좋은 회전각도 검출장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 또, 당해 회전각도 검출장치를 사용한 영구자석형 회전전기 및 전동 파워스티어링장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로서, 상기 고정자가 다수의 티스(teeth)를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨있고, 상기 다수의 티스가 상기 출력권선의 권수가 N인 티스와, 상기 출력권선의 권수가 N±m(N,m은 정의 정수로 N>m로 한다)인 티스 및 권수가 m인 티스중 최소 어느 한쪽을 포함하는 회전각도 검출장치이다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로, 상기 고정자가 다수의 티스를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨있고, 상기 2상의 출력권선중의 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N±m,O,N,O(N,m은 정의 정수로 N>m라고 한다)가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감아주고, 또 상기 2상의 출력권선중의 다른 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O,N,O,N으로 되거나, 또는 이 권선의 패턴이 반복되도록 감겨있는 회전각도 검출장치이다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로, 상기 고정자가 다수의 티스를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨있으며, 상기 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권선이 N,O,N±m, O(N,m은 정의 정수로 N>m₁이라고 함)이 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감기고, 또 상기 2상의 출력권선중의 다른 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O, N±m2, O, N(M,m₂는 정의 정수로 N>m₂라고 함)이 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감겨있는 회전각도 검출장치이다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로, 상기 고정자가 다수의 티스를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨있고, 상기 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선에서 당해 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N±m, O, N±m,O(N,m은 정의 정수이고, N>m이라고 함)이 되는 패턴이 최소 1회 포함되고, 또 상기 2상의 출력권선중 다른쪽의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O,N,O,N가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감겨있는 회전각 검출장치이다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과, 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로 상기 고정자가 다수의 티스를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 다수의 티스에 감겨있고, 상기 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N±m, O, N±m, O(N,m은 정의 정수로 N>m이라고 함)가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감기고, 또 상기 2상의 출력권선중의 다른쪽의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O,N,O,N가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감겨있는 회전각도 검출장치이다.

또, 상기 m를 m=0으로 한 권선사양의 경우, 검출위치 오차가 전기각으로 ε[rad]만큼 발생하는 회전각도 검출장치로, 상기 오차를 보정하기 위해, m/2N과 ε을 대략 같게, 바람직하게는 m/2N=ε로 한다.

또, 상기 회전자의 회전축의 중심을 원점으로 하고, 회전자 외원주의 위치를 표시하는 각도를 θ라고 할때, 상기 각도 θ의 위치에서의 공극길이가 1/{A+Bcos(Mθ)}(단, A,B는 정의 정수로 A>B, M은 회전각도 검출장치의 축배각)로 되는 회전자를 구비한다.

또, 본 발명은 상술한 회전각도 검출장치의 어느 것인가를 구비한 영구자석형 회전전기이다.

또, 본 발명은 당해 영구자석형 회전전기를 구동원으로 하여 사용하는 전동 파워스티어링장치이다.

실시형태 1

도 1은 본 실시형태에서의 회전각도 검출장치의 구성을 표시한 구성도이다. 도 1에서 11은 티스이고, 12는 이들 티스(11)를 8개 소유한 고정자이다. 도면중에서 숫자 1 ~ 8은 티스(11)의 티스번호를 표시한다. 13은 회전자이고, 14a 및 14b는 티스(11)에 감긴 출력권선이다. 권수는 각각 출력권선(14a)(티스번호 3,7의 티스에 감긴 출력권선)이 N±m, 출력권선(14b)(티스번호 1,5의 티스에 감긴 출력권선)이 N으로 되어 있다. 또, 15는 회전자(13)의 회전축이다. 또, 본 실시형태에서는 출력권선이 실제로 2상으로 설치되어 있으나, 도 1에서는 그중의 1성분만(출력권선(1)만) 표시하고 있다. 도 2는 각 티스에서의 출력권선의 권수를 표시한 것이고, 출력권선(1)에 대해서는 위 설명과 같으나(단, 티스번호 3,7에 대하여 N+m만 기재하고, N-m은 생략함), 출력권선(2)에서는 티스번호 2,4,6,8의 티스에 감긴 출력권선의 권수가 N티스번호 3,7의 티스에 감긴 출력권선의 권수가 m으로 되어 있다.

도 24의 종래예를 사용하여 설명한 바와같이, 상술한 도 31의 그래프에 표시된 바와같이, 검출위치 오차의 주기는 기계각 180도이고, 이는 전기각으로 고치면, 360도이다. 단, 전기각은 기계각에 축배각을 곱한 값으로 한다. 또, 이 전기각 360도 주기의 오차의 위상은 발생한 공작오차에 의해 여러가지 값으로 변화한다.

이로써, 본 발명의 실시형태 1에서는 전기각 360도 주기의 오차를 보정할 수 있도록 출력권선의 사양을 도 24에 표시한 종래예에서 연구하여 변경하면, 고정자 형상의 공작오차에 의해 발생한 검출위치 오차를 저감하고, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다고 생각한다. 또, 고정자철심을 펀칭하는 금형의 정도에 의해 이같은 오차가 발생하면, 같은 금형을 사용하는 한 같은 경향의 검출위치 오차가 발생하는 것으로 생각되고, 양산할때에도 오차를 보정하는 권선사양을 각각의 회전각도 검출장치에서 변경해야 할 가능성은 작다고 본다.

따라서, 출력권선을 조사함으로써, 전기각 360도 주기의 오차를 의도적으로 발생하는 방법을 고찰하도록 한다. 제 1단계로 전기각 360도 주기의 오차의 원인을 생각한다. 상기 구조의 회전각도 검출장치에서 여자권선에 교류전류를 통전하면서, 회전자의 위치를 변화시켜가면 2상의 출력권선에 발생하는 전압은 사인 (sine)파상으로 변화하고, 그 변화하는 위상이 2상의 출력권선으로 서로 전기각 90도 어긋나있다. 따라서, 2상의 출력권선에 생기는 전압의 진폭을 각 회전자 위치에서 플롯해가면, 도 27과 같은 그래프를 얻을 수가 있다. 단, 출력권선의 전압의 진폭이 부(negative)일때는 진폭이 정(positive)일때와 위상이 반전해 있는 것을 표시하고 있다. 이와같이, 출력권선에 생기는 전압이 회전각도에 대하여 이상적으로 사인파상으로 변화하면, 그 진폭을 2상의 출력권선과 출력권선 1 및 2에서 각각 e1, e2로 하고, 회전자의 회전각도(기계각)을[rad]이라고 하면, 상기 구조의 회전각도 검출장치는 축배각이 2이므로, 다음식 (1) 및 (2)로 나타낼 수 있다.

단, 전압의 진폭은 최대치를 1로 하여 규격화한다.

도 27의 파형은 이상적으로는 사인파이나, 실제로는 고조파성분을 포함한다.

출력전압의 진폭의 변화에 진폭 aq의 제 q고조파가 포함된 경우, 2상의 출력권선의 전압의 진폭을 e₁', e₂'라고 하면, 다음식 (3) 및 (4)로 나타낼 수 있다.

여기서, 다음식 (5) 및 (6)을 설정하면,

검출위치 오차 ε[rad](전기각)은 식 (1) ~ (6)에서 다음식 (7)로 된다.

aq<<1이라고 하면, 식(7)은 다음식 (8)과 같이 설정할 수 있다.

또, ε가 충분히 작은 경우에는

가 성립되므로, 검출위치 오차 ε는 다음식 (9)로 된다.

위 설명에 의해, 출력권선의 전압변화에 포함되는 고조파성분과 검출위치 오차의 주기의 관계가 명확하게 되었다.

식(9)에서 q=0일때, 즉 출력권선의 전압변화에 직류성분이 포함될때, 기계각 180도 주기(전기각 360도 주기)의 오차가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서, 의도적으로 출력권선의 전압변화에 직류성분을 포함시키는 권선사양으로 하면, 전기각 360도 주기의 검출위치 오차를 발생시킬 수 있고, 위상을 잘 설정하면, 공작오차에 의한 오차를 보정하여, 검출위치 오차를 저감하고, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다.

단, 여기서 말하는 직류성분이라는 것은 도 27의 그래프에서의 직류성분이고, 회전자의 위치에 의존하지 않고, 출력전압의 진폭과 위상이 일정하게 되는 성분을 표시하고 있는 것에 주의해야 할 필요가 있다.

다음으로 의도적으로 출력권선의 전압변화에 직류성분을 포함시키는 방법을 고찰한다. 상기 구조의 축배각(2)의 회전각도 검출장치에서는 여자권선이 각 티스 (teeth)에 집중적으로 감겨져 있으며, 인접한 디바이스에서 극성이 역으로 되도록 감겨져 있으므로, 여자권선에 흐르는 전류가 만드는 기자력은 8극의 성분, 즉 공간 4차의 성분으로 된다. 한편, 회전자는 2개의 돌출극을 가지며, 퍼미언스(permean ce)맥동의 성분으로서 공간 2차의 성분을 갖게 된다. 따라서, 갭에 발생하는 자속의 공간차수는 이들 기자력의 차수와 퍼미언스의 차수의 합과 차의 성분, 4+2=6과 4-2=2가 주된 성분으로 되며, 또한 여자권선의 전류가 만드는 기자력과 같은 성분으로, 즉 공간 4차의 성분도 많이 포함되는 것으로 볼 수 있다. 기자력의 차수와 퍼미언스의 차수의 합과 차의 성분, 즉 여기서는 공간 2차와 6차성분은 회전자의위치에 따라 변화하며, 출력권선이 이들의 자속의 변화를 집속함으로서, 회전각도 검출장치로서의 동작을 한다.

한편, 여자권선의 전류가 만드는 기자력과 같은 성분, 즉 여기서는 공간 4차의 성분은 회전자의 위치에 따라, 거의 변화않고 거의 일정하다. 또, 도 25에 나타낸 종래예의 출력권선의 권선사양에서는 그 공간 4차성분의 자속을 집속하지 않는 것이 도 30에 의해 알 수 있다. 도 30은 종래예의 출력권선(104-1, 104-3, 104-5, 104-7)(이하, 통합하여 104로 함)과 공간 4차의 자속(108)을 개략적으로 나타낸 것이다. 출력권선(104)은 감겨져 있는 각 티스(101)의 권수가 같은 N이고, 극성은 서로 다른 구성으로 되어 있으며, 4개의 티스(101)의 교차자속의 합이 영 (0)으로 됨을 알 수 있다. 그러나, 각 티스(101)의 권수를 약간 변화시키든가, 권선(104)이 공급되지 않은 인접티스(101)에도 약간의 권수의 권선을 공급하면, 공간 4차성분의 자속(106)을 집속할 수가 있으며, 또 그 자속(108)은 회전자(103)의 위치에 따라 변화하지 않으므로, 그 결과, 출력권선(104)의 전압변화에 직류성분을 포함시킬 수 있다. 즉, 출력권선(104)의 권수가 N인 티스(101)를 가지며, 또한 권수가 N±m(N,m은 정의 정수이며, N>m으로 함)인 티스(101)이거나 권수가 m인 티스(101)중, 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구성되도록 하면, 출력권선(104)의 전압변화에 직류성분을 포함시킬 수 있어, 전기각 360도 주기의 검출위치 오차를 의도적으로 발생시킬수 있다. 그 오차가 공작오차에 의한 검출위치 오차를 보정하면, 검출위치 오차를 저감하여, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수가 있다.

그리고, 본 실시형태는 도 1 및 도 2에 나타낸 권선사양의 구성으로 된다.여기서, N=158이고, m=1로 한다. 도 3에서는 검출위치 오차의 파형을 나타낸다. 도 3에서는 도 24의 종래의 권선사양(도 25에서 N=158으로 한 경우)의 경우, 검출위치 오차의 파형(도의 파선)과 도 1의 권선사양으로 한 경우, 파형(도의 실선)을 나타낸다. 종래예의 권선사양에서, 이상적인 상태에서는 도 31의 실선으로, 이미 나타낸 것과 같이, 검출위치 오차가 작아, 정도가 충분하나, 실제로는 공작오차에 의해 기계각 180도, 즉 전기각 360도 주기의 오차를 나타낸다. 본 발명의 권선사양에서는 그 오차가 저감되어, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다고 말할 수 있다.

여기서, 권수가 N±m(N.m은 정의 정수이며, N>m으로 함)인 티스와 권수가 m인 티스의 양쪽으로 구성되는 예를 나타냈으나, 어느 한쪽으로 구성되는 경우에도, 이미 설명한 것과 같이, 전기각 360도의 오차를 의도적으로 발생시킬 수 있어, 그것에 의해 공작오차에 따라, 발생한 전기각 360도의 오차를 보정할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는 축배각 2인 것에 대하여 나타냈으나, 축배각 1 또는 3이상의 것에 대하여도 동일하게 고려할 수 있다.

이상과 같이, 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 구비한 고정자와, 돌출극을 가진 회전자로 된 회전각도 검출장치에 있어서, 상기 2상의 출력권선은 고정자의 다수의 티스에 감겨져 있으며, 출력권선의 권수 N인 티스를 가지며, 또한 권수가 N±m(N,m은 정의 정수이며, N>m으로 한다)인 티스가 권수 m인 티스중 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구성되도록 하였으므로, 공작오차에 의해 발생한 검출위치 오차를 저감할 수가 있어, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

실시형태 2

상기의 실시형태 1에서는 출력권선의 권수를 도 24의 종래예에서 변경함으로서, 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하는 방법을 기재하였다. 권선사양을 검토하여, 출력권선의 전압변화에 직류성분을 포함시킴으로서, 전기각 360도의 검출위치 오차를 의도적으로 발생하는 권선으로 하여, 공작오차에 의해 발생하는 오차를 보정하였다.

본 실시형태에서는 회전각도 검출장치의 구성을, 출력권선은 고정자의 다수의 티스에 감져겨 있으며, 어느 1상의 출력권선은 각 티스에서의 권수가 N±m, O, N, O(N,m은 정의 정수이며, N>m으로 함)로 되거나, 또는 그 권선의 패턴이 반복되도록 감겨지며, 또 1상의 출력권선은 각 티스에서의 권수가이 O, N, O,N으로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감겨진 구성으로 함으로서, 의도적으로 발생하는 오차의 위상과 진폭을 어느정도 제어하여, 검출위치 오차를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 여기서도 실시형태 1에서와 동일하게 축배각(2)의 예를 면밀하게 검토할 수 있다.

도 4는 본 실시형태에서의 회전각도 검출장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 4에서 11은 티스이며, 12는 티스(11)를 8개 가진 고정자이다. 도면중의 숫자 1 ~ 8은 티스(11)의 티스번호를 나타낸다. 13은 회전자이며, 15는 회전자(13)의 회전축이다. 24a, 24b, 24c, 24d는 티스(11)에 감겨진 출력권선이다. 24a 및 24b는 출력권선(1)(도면중, 부호지)이며, 24c 및 24d는 출력권선(2)(도면중, 부호 22)이다. 권수는 출력권선(1)에서 출력권선(24a)(티스번호 3,7의 티스에 감겨진 출력권선)이 N으로 되어 있고, 출력권선(24b)(티스번호 1,5의 티스에 감겨진 출력권선)이 N±m으로 되어 있다. 또, 출력권선(2)에서는 출력권선 (24c)(티스번호 2,6의 티스에 감겨진 출력권선) 및 출력권선(24d)(티스번호 4,8의 티스에 감겨진 출력권선)중 어느 것이나 N으로 되어 있다. 도 5는 도 4의 각 티스에 있는 출력권선의 권수를 나타낸다.

실시형태 1에 있어서, 각 티스의 출력권선의 권수를 변화시킴으로서, 공간 4차의 자속을 할 수 있으며, 출력권선의 전압변화에 직류성분을 가하여, 전기각 360도의 오차를 의도적으로 발생시킬 수 있음을 설명하였다. 여기서, 회전자 위치에 의한 각 출력권선의 전압의 진폭변화(규격화한 값)를 각각 다음식 (10) 및 (11)으로 한다.

여기서, α₁과 α₂는 각각 출력권선(1)과 출력권선(2)의 전압변화의 직류성분이며, 그 절대치는 1보다 충분히 작은값으로 한다. 실시형태 1에서 설명한 것과같이 검출위치 오차 ε[rad](전기각)을 구하면, 다음식 (12)에 근접시킬 수 있다.

단, cosβ는 다음식 (13)이다.

식(12) 및 (13)에서 α₁과 α₂를 잘 설정함으로서, 효과적으로 오차를 저감시킬 수 있다.

도 4 및 도 5를 사용하여, 본 실시형태의 출력권선을 설명한다. 단, 여자권선에 대해서는 도에서 생략하나, 실시형태 1과 동일하게 각 티스에 집중적으로 감겨져 있어, 인접티스에서 극성이 역으로 되도록 감겨져 있다. 위에서 설명한 것과 같이, 출력권선(1) 21의 권수가 티스번호 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8의 순서에서 N±m, O, N, O, N±m, O, N, O로 되어 있고, 출력권선(2) 22의 권수가 티스번호 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8의 순서에서, O,N,O,N,O,N,O,N으로 되어 있다. 또, 실시형태 1에서 기재한 것과 같이, 권선의 극성은 서로 다르게 되어 있다. 출력권선(1) 21은 티스번호 1과 5에서 동일한 극성으로, 3과 7에서 동일한 극성으로, 또 티스번호1과 3에서 역극성을 갖도록 감겨져 있다. 출력권선(2) 22는 티스번호 2와 6에서 동일한 극성으로, 4와 8에서 동일한 극성으로, 또 티스번호 2와 4에서 역극성을 갖도록 감겨져 있다.

또, 도 5는 출력권선(1) 21의 권수를 종래예에서 변화시키고, 출력권선(2) 22는 종래예와 동일하게 한 경우, 즉 도 4의 권선사양을 표로 나타내었으나, 도 6은 그 반대경우이다. 즉, 출력권선(2) 22의 권수를 종래예에서 변화시키고, 출력권선(1) 21의 권수를 종래예와 동등하게 한 경우이다. 그러나, 도 5의 출력권선 (1) 21에서는 티스번호 1과 5에서 복합동순(권수의 복합부호를 동일한 순서로 처리함)이며, 도 6의 출력권선(2) 22에서는 티스번호 2와 6에서 복합동순이다.

이와같이, 권수를 설정함으로서, 식(12)의 α₁과 α₂를 정(+), 부(-), 영(0)으로 변화시킬 수 있다. 그 이유는 출력권선(1) 21 및 출력권선(2) 22의 권선사양이 종래예와 동일하면, α₁과 α₂는 0으로 되며, 권수가 N±m의 티스가 포함되면, 앞서 설명한 바와같이, 출력권선이 공간 4차성분을 얻어(pick up), a₁, a₂가 0으로 되지 않으며, 권수가 N+m 또는 N-m으로의 설정여부에 따라, 이들의 부호가 역전되기 때문이다.

부호의 역전을 좀더 상세히 설명한다. 권수를 N+m, 또는 N-m으로 하는가에 따라, 출력권선의 진폭변화에 나타내는 직류성분으로 되는 공간 4차성분의 교차자속의 위상이 반전한다. 그 위상의 반전에 의해 α₁, α₂의 부호가 변화한다.

상기와 같은 권선사양을 검토함으로서, α₁, 및 α₂를 영(0)으로 설정하든지가, 이들의 부호를 변화시킬 수 있음을 확인하였다. 구체적으로는 도 5의 권선에 의해 α₂=0으로 하고, α₁을 정(+), 또는 부(-)로 되도록 설정할 수 있으며, 도 6의 권선에 의해 α₁=0으로 하고, α₂를 정, 또는 부로 되도록 설정할 수 있다. 도 7에서는 본 실시형태에서 가능한 α₁, α₂의 조합과 식(12)의 β, 즉 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상을 나타낸다. 도 7에서 검출위치 오차의 위상을 전기각 90도 간격으로 설정할 수 있음을 알 수 있다. 또, m을 변화시킴으로서, 출력권선이 접속하는 공간 4차성분의 자속의 양을 조절할 수 있음으로, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 진폭을 제어할 수 있다는 것을 알 수가 있다. 그러나, N>m이 아니면, 의도적으로 발생시키는 오차의 진폭이 너무 커짐으로 적합하지 않다.

또, 도 5의 출력권선(1)에서 티스번호 1, 5의 권수를 N으로, 티스번호 3,7의 권수를 N±m으로 변화시키고, 도 6의 출력권선(2)에서 티스번호 2,6의 권수를 N으로, 티스번호 4,8의 권수를 N±m으로 변화시키고, 출력권선 (1) 및 출력권선 (2)는 동등하다.

이상의 고찰에서 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차의 진폭과 위상을 파악하여, 적절한 권수를 선정함으로서, 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하여, 정도높음의 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다.

구체적 예로서, 도 6에서는 N=158, m=2로 하고, 부호로 +를 선택한 경우, 권선사양을 나타낸다. 도 8에서는 고정자 내경의 완전원 형상도(roundness)가 악화한 경우,검출위치 오차를 나타낸다. 횡축은 회전자의 회전각도를 기계각으로 나타내며, 종축은 검출위치 오차를 기계각으로 나타낸다.

종래예와 같이 출력권선의 권수를 설정한 경우(도의 파선), 기계각 180도, 즉 전기각 360도의 주기를 가진 검출위치 오차가 발생한다. 그 오차의 진폭은 기계각으로 약 0.7도이다. 한편, 본 실시형태에 의해, 권수로 설정한 경우(도의 실선) 오차를 저감시킬 수 있으며, 그 진폭은 약 0.4도로 되어, 종래예보다 높은 정도의 회전각도 검출장치로서 작용하고 있는 것을 알 수가 있다. 또, 본 실시형태에서는 대향하는 티스의 출력권선의 권수가 동일하게 됨으로, 회전자의 편심영향을 받기가 어려운 효과가 있다.

본 실시형태에서는 축배각 2의 예에 대하여 설명하였으나, 축배각 1의 경우, 티스가 4개로 됨으로, 권수를 예로서 출력권수(1)에서는 티스번호 1,2, 3,4의 순으로 하여 N±m, O, N, O으로 설정하며, 출력권선(2)에서는 티스번호 1,2,3,4의 순으로 O, N, O, N으로 설정하기에 충분하다. 또, 축배각 3이상의 것에 대하여도 동일하게 고찰할 수 있다. 예로서 출력권선(1)에서는 권수를 N±m, O, N, O의 패턴을 축배각만큼 반복하고, 출력권선(2)에서는 권수를 O, N, O, N의 패턴을 축배각만큼 반복하면 된다.

위에서의 설명에 따라, 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌출극을 가진 고정자로 된 회전각도 검출장치에 있어서, 상기 2상의 출력권선은 고정자의 다수의 티스에 감겨져 있으며, 어느 1상의 출력권선은 각 티스에서의권수가 N±m, O, N, O(N,m은 정의 정수이며, N>m으로 한다)로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감기며, 또다른 1상의 출력권선은 각 티스에 있는 권수가 O,N,O,N으로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감겨진 구성으로 되어 있으므로, 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 저감할 수 있으며, 또 그 검출위치 오차를 보정함으로, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상을 전기각 90도 간격으로 제어할 수 있으며, 또 진폭도 제어할 수 있으므로, 효과적으로 검출위치 오차를 저감할 수가 있어, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

실시형태 3

본 실시형태에서는 회전각도 검출장치를 구성시켜 출력권선은 고정자의 수수의 티스에 감겨져 있으며, 어느 1상의 출력권선은 각 티스에서의 권수가 N,O,N±m,O(N,m은 정의 정수이며, N>m₁으로 한다)로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감겨지며, 또다른 1상의 출력권선은 각 티스에서의 권수가 O,N±m₂, O,N (N,m₂는 정의 정수이며, N>m₂으로 한다)로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감겨진 구성으로 구비함으로서, 검출위치 오차를 실시형태 2에서 보다도 효과적으로 저감시킬 수 있는 것을 설명한다.

실시형태 2에서는 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하는 것을 목적으로 하여, 의도적으로 발생하는 검출위치 오차의 위상을 전기각 90도 단위로변화시키는 것이 가능하며 동시에, 그 진폭도 제어할 수 있음을 언급하였다. 그러나, 식(12),(13)에서 α₁, α₂를 임의의 값으로 조정하면, 의도적으로 발생하는 검출위치 위상오차의 위상 및 진폭을 임의로 제어할 수 있고, 또 효과적으로 검출위치 오차를 저감할 수 있다.

도 9는 본 실시형태에서의 회전각도 검출장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 9에서 12는 티스(11)를 가진 고정자이다. 도내의 숫자 1 ~ 8은 티스(11)의 티스번호이다. 34a,34b,34c,34d는 티스(11)에 감겨진 출력권선이다. 34a 및 34b가 출력권선(1)(도내, 부호 21)이며, 34c 및 34d가 출력선(2)(도내 부호 22)이다. 권수는 출력권선(1)에서 출력권선(34a)(티스번호 3,7의 티스에 감겨진 출력권선)이 N±m₁이고, 출력권선(34b)(티스번호 1,5의 티스에 감겨진 출력권선) (이 N로 되어 있다. 또, 출력권선(2)에서 출력권선(34c)(티스번호 2,6의 티스에 감겨진 출력권선)이 N±m₂이고, 출력권선(34d)(티스번호 4,8의 티스에 감겨진 출력권선)의 어느것도 N으로 되어 있다. 도 10은 도 9의 각 티스에서의 출력권선의 권수를 나타낸 것이다.

도 9 및 도 10을 사용하여, 본 실시형태에 대하여 설명한다.

여기서도, 지금까지와 마찬가지로, 축배각 2의 회전각도 검출장치에 대하여 고찰한다. 도 9에서는 여자권선에 대해서 생략되었다. 실시형태 1,2와 마찬가지로 각 티스에 집중적으로 감겨져 있으며, 인접티스에서 극성이 역으로 되도록 감겨져 있다. 여기서 출력권선(1) 21의 권수는 티스번호 1,2,3,4 ,5,6,7,8의 순으로하여 N,O,N±m₁,O,N,O,N±m₁,O으로 되어 있으며, 출력권선(2) 22의 권수는티스번호 1,2,3,4,5,6,7,8의 순으로 하여, O,N±m₂,O,N,O,N±m₂,O,N으로 되어 있다. 여기서, N,m₁,m₂는 정의 정수이며, N>m₁,N>m₂로 한다. 또, 실시형태 1에서 기재한 것과 같이, 권선의 극성은 서로 다르게 되어 있으며, 출력권선(1) 지은 티스번호 1과 5에서 동일하게, 3과 7에서 동일하게, 또 티스번호 1과 3에서 역극성으로 되도록 감겨져 있으며, 출력권선(2) 22는 티스번호 2와 6에서 동일하게, 4와 8에서 동일하며, 또 티스번호 2와 4에서 역극성으로 되도록 감겨져 있다. 이와같이 구성된 출력권선이 공간 4차성분의 자속을 어떻게 집속하는가를 고려하여 보면, 각 티스에서 권선의 권수 1당 교차하는 공간 4차성분의 자속을로 한다. 이때, 출력권선(1)에 교차하는 공간 4차성분의 자속은 티스번호 1,3,5,7의 권선의 극성과 권수를 고려하면, 다음식 (14)으로 된다.

출력권선(2)에 대하여도 동일하게, 권수, 극수를 고려하여, 공간 4차성분의 자속의 위상이 출력권선(1)에 제공된 티스의 위치와는 위상이 반전되어 있는 것에 주의하면, 다으식 (15)으로 된다.

단, 식(14) 및 (15) 각각에서 기재된 바와같이, 복합동순이나, 권선사양에 의해, 반드시 식(14),(15)에서 복합동순으로 되지 않는다. 이들의 자속과 출력권선의 전압의 진폭변화에 포함되는 직류성분은 비례관계에 있다. 즉, 식(10),(11)의 우변과 α₁,α₂는 각각 비례관계에 있는 것으로 됨으로, 식(16)은, 변형시켜 기재할 수 있다.

단, 복합동순이다. 이 식에서 m₁,m₂를 변화시킴으로써, 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정함으로, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상을 임의로 설정시킬 수 있음을 알 수 있다. 또, 그 진폭은 다음식(12)으로 한다.

이 식 (17)에 의해, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 진폭도 임의로 설정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 9에서는 출력권선(1) 21에서의 티스번호 1,5의 권수가 N±m₁으로 하고, 티스번호 3,7에서 권수를 N으로 한 예를 나타냈으나, 티스번호 1,5에서의 권수가 N으로 하며, 티스번호 3,7에서 권수를 N±m₁으로 한 경우도 가능하다. 왜냐하면, 출력권선(1) 21의 교차하는 공간 4차성분의 자속은 식(14)의 우변의 부호가 역전할 뿐이며, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상, 진폭도 함께 조정될 수 있다는 점에서 동일하기 때문이다. 출력권선(3) 22에 대해서도 동일하게 티스번호 2,6에서의 권수를 N으로 하고, 티스번호 4,8에서의 권수를 N±m₂로 한 경우에도 동일한 결과를 얻는다.

공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하는 것을 목적으로 하여, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상과 진폭을 임의로 설정키실 수 있으므로, 실시형태 2보다 효과적으로 오차의 보정이 가능하게 되어, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다는 것을 알 수가 있다.

본 실시형태의 구체적 예로서, 도 10에서는 N=158, m₁=1, m₂=1로 하rh, 부호는 어느 것이나 +를 선택한 경우, 공작오차에 의한 검출위치 오차를 저감시킬 수 있는 것을 나타낸다. 도 11에는 고정자 내경의 완전원 형상도가 악화한 경우, 검출위치 오차를 나타낸다. 횡축은 회전자의 회전각도를 기계각으로 나타내며, 종축은 검출위치 오차를 기계각으로 나타낸다.

종래예와 같이, 출력권선의 권수를 설정한 경우(도의 파선), 기계각 180도, 즉 전기각 360도의 주기를 가진 검출위치 오차가 발생한다. 그 오차의 진폭은 기계각으로 약 0.6도이다. 한편, 본 실시형태에 의한 권수로 한 경우(도의 실선)에는 오차를 대폭적으로 저감시킬 수 있고, 그 진폭은 약 0.2도로 되어, 종래예보다 정도 높은 회전각도 검출장치로서 기능적인 작동을 한다는 것을 알 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 대향하는 티스의 출력권선의 권수가 동일함으로, 회전자의 편심영향을 받기 어려운 효과가 있다.

본 실시형태에서는 축배각 2의 예에 대하여 설명하였으나, 축배각 1의 경우, 티스가 4개로 됨으로, 권수를 예로서 출력권선(1)에서는 티스번호 1,2,3,4의 순서로 하여 N±m₁,O,N,O로 되며, 출력권선(2)에서는 티스번호 1,2,3,4의 순서로 하여O,N±m₂,O,N으로 된다. 또, 축배각 3이상의 것에 대하여도 동일하게 고려할 수 있다. 예로서 출력권선(1)에서는 권수 N±m₁,O,N,O의 패턴을 축배각만큼 반복하며, 출력권선(2)에서는 권수 O,N±m₂,O,N의 패턴을 축배각만큼 반복한다.

위 설명에 의해, 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌출극을 가진 회전자로 구성된 회전각도 검출장치에 있어서, 상기 2상의 출력권선은 고정자의 복수의 티스에 감겨있으며, 어느 1상의 출력권선은 각 티스에서의, 권수가 N±m₁, O,N,O(N,m₁은 정의 정수이며, N>m₁으로 한다)로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감기며, 또다른 1상의 출력권선은 각 티스에서의 권수가 O,N±m₂,O,N으로 되거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 감겨진 구성으로 함으로써, 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 저감시킬 수 있으며, 또 그 검출위치 오차를 보정하기 때문에, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상을 임의로 제어할 수 있고, 또 진폭도 임의로 제어할 수 있으므로, 효과적으로 검출위치 오차를 저감시킬 수 있어, 정도 높은 회전각도 검출기를 얻을 수 있는 효과가 있다.

실시형태 4

도 12는 본 실시형태에서의 회전각도 검출장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 12에서 11은 티스이며, 12는 이들 티스(11)를 8개 가진 고정자이다. 도면내의숫자 1 ~ 8은 티스(11)의 티스번호를 나타낸다. 13은 회전자이며, 44a는 티스(11)에 감겨진 출력권선(1)이고, 44b 및 44c는 티스(11)에 감겨진 출력권선(2)이다.

권선은 각각 출력권선(44a)(티스번호 1,3,5,7의 티스에 감겨진 출력권선)이 N이며, 출력권선(44b)(티스번호 2,4의 티스에 감겨진 출력권선)이 N±m이고, 출력권선(44c) (티스번호 6,8의 티스에 감겨진 출력권선)이 N으로 되어 있다.

또, 15는 회전자(13)의 회전축이다. 도 13은 상기한 각 티스에서의 출력권선의 권수를 통합한 것이다.

도 24의 종래예를 사용하여 설명한 것과 같이, 또 상기한 도 26의 그래프에 나타낸 것과 같이, 고정자의 내경이 완전원에서 20㎛만큼 벗어나서 4각형상으로 변형한 경우, 검출위치 오차의 주기는 기계각 90도이며, 이것은 전기각으로 180도이다. 단, 그 전기각 180도 주기의 오차의 위상은 발생하는, 공작오차에 의해 여러가지의 값으로 변화한다.

이 때문에, 본 실시형태에서는 전기각 180도 주기의 오차를 보정할 수 있도록 출력권선의 사양을 도 24에 나타낸 종전예에서 검토하여 변경하면, 고정자형상의 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 저감하여, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다. 또, 상기의 실시형태 1에서 기재한 바와같이, 고정자철심을 펀칭(punching)하기 위한 금형의 정도(accuracy)에 따라, 이와같은 오차가 발생하면, 동일한 금형을 사용하는 한, 동일한 경향의 검출위치 오차가 발생하는 것으로 고려되며, 양산할때에도 오차를 보정하는 권선사양을 각각의 회전각도 검출장치에서 변경할 필요가 있는 가능성이 감소되는 것으로 추정된다.

여기서, 출력권선을 검토함으로서, 전기각 180도 주기의 오차를 의도적으로 발생시키는 방법을 고찰한다. 제 1 단계로서, 전기각 180도 주기의 오차의 원인을 고찰한다. 상기 구조의 회전각도 검출장치에 있어서, 여자권선에 교류전류를 통전시키면서, 회전자의 위치를 변화시키면, 2상의 출력권선에 발생하는 전압은 사인파상으로 변화하며, 그 변화하는 위상이 2상의 출력권선에서 서로 전기각 90도 벗어나 있다. 따라서, 2상의 출력권선에 발생하는 전압의 진폭을 각 회전자 위치에서 플롯하면, 도 27과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 단, 출력권선의 전압의 진폭이 부(-)인 때에는 진폭이 정(+)인 때 위상이 반전되어 있음을 나타낸다. 이와같이, 출력권선에 발생하는 전압이 회전각도에 대하여 이상적으로 사인파상으로 변화하면, 그 진폭을 2상의 출력권선, 출력권선(1) 및 (2)에서 각각 e1,e2으로 하여, 회전자의 회전각도(기계각)을(rad)로 하면, 상기 구조의 회전각도 검출장치는 축배각이 2임으로, 다음식 (18) 및 (19)으로 나타낼 수 있다.

단, 전압의 진폭은 최대치 1을 기준으로 한다.

도 27의 파형은 이상적으로는 진폭이 동일한 사인파이나, 실제로는 공작오차등에 의해 2상의 출력권선에서 진폭이 다르게 되어 있는 경우이다. 출력전압의 진폭이 다르고, 출력권선(2)의 출력전압의 진폭이 출력권선(1)의 진폭의 1+α배로 된 경우, 2상의 출력권선의 전압의 진폭을 e₁',e₂'로 하면, 다음식 (20)과 (21)로 된다.

여기서, 다음식 (22)와 (23)을 설정할 수 있다.

검출위치 오차 ε[rad](전기각)은 식(18) ~ (23)에서 다음식 (24)으로 된다.

α<<1이면, 식(24)는 다음식 (25)에서와 같이 근접시킬 수 있다.

또, ε가 충분히 작은 경우에는

가 성립되므로, 검출위치 오차 ε는

위 설명에 의해, 2상의 출력권선의 전압의 차이는 검출위치 오차에 주어진 영향임이 분명하게 되었다.

예를들면, 도 24의 종래의 회전각도 검출장치에 있어서, 고정자(102)의 내경이 4각형상으로 변형한 경우, 1상의 출력권선이 감겨진 티스(teeth)(101)가 회전자 (103)측에 접근하며, 다른쪽은 회전자(103)에서 떨어짐으로, 2상의 출력권선에 교차하는 자속에 차가 발생한다. 따라서, 권선을 검토하여, 공작오차가 없는 이상적인 상태에서 2상의 출력권선의 전압에 전압차가 발생하도록 하면, 내경의 변형에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하여 저감할 수가 있다.

다음으로전기각 180도 주기의 오차를 저감하는 출력권선, 즉 공작오차가 없는 이상적인 상태에서 2상의 출력권선의 전압에 전압차가 발생하도록 하는 출력권선에 대하여 고찰한다. 도 24의 축배각 2의 종래의 회전각도 검출장치에서 여자권선(도면생략)은 각 티스(101)에 집중적으로 감겨져있고, 인접티스(101)에 극성이 역으로 되도록 감겨져 있으므로, 여자권선에 흐르는 전류에 의해 발생한 기자력은 8극의 성분, 즉 공간4차의 성분으로 된다.

한편, 회전자(103)는 2개의 돌출극을 가지며, 퍼미언스맥동의 성분으로서 공간2차의 성분을 가진다. 따라서, 갭에 발생하는 자속의 공간차수는 이들의 기자력의 차수와 퍼미언스의 차수의 합과 차의 성분, 4+2=6과 4-2=2가 주성분으로 되며,또 여자권선의 전류에 의해 발생한 기자력과 동일성분, 즉 공간4차의 성분도 많이 포함되어 있다. 기자력의 차수와 퍼미언스의 차수의 합과 차의 성분, 즉 여기서는 공간2차와 6차의 성분이나 회전자(103)의 위치에 의해 변화하고, 출력권선이 이들의 자속의 변화를 집속함으로써, 회전각도 검출장치로서의 동작을 한다. 한편, 여자권선의 전류에 의해 발생한 기자력과 동일한 성분, 즉 여기서는 공간4차의 성분은 회전자의 위치에 따라, 거의 변화하지 않고, 거의 일정하다.

공작오차차가 없는 이상적인 상태에서 2상의 출력권선 전압차가 발생하도록 출력권선을 얻기 위해서 2상의 출력권선은 어느 것이나. 공간 4차의 자속을 합하지 않으며, 공간 2차와 4차의 자속에 대하여는 2상의 출력권선에서 전압차가 발생하도록 할 필요가 있다.

여기서, 출력권선의 쇄교(鎖交)자속은 공간 2차, 6차, 4차의 성분에 고려한 것이다.

도 28은 공간 2차의 자속의 출력권선에 어떻게 교차하는가를 설명한 권선의 자속교차 설명도이다.

권선은 출력권선(1)(부호 100-1)만을 나타낸다.

공간 2차의 자속을 타원상의 실선으로 나타낸다.

도 29는 공간 6차에 대한 설명도이고, 도 30은 공간 4차에 대한 설명도이다. 여기서, 도 24의 티스번호 1~8까지의 권수를 각각 N₁~N₈로 한다.

공극자속밀도의 공간 2차, 6차, 4차의 성분이 각각φ ₂ ,φ ₆ ,φ ₄ 이고 출력권선(1)에 교차하는 공간 2차, 6차, 4차의 자속이 φ₂₁, φ₆₁, φ₄₁인 경우, 도 28, 29, 30을 참조하여 권선의 극성에 대하여 살펴 볼 때 다음식으로 됨을 알 수 있다.

φ₂₁=(N ₁ +N ₃ +N ₅ +N ₇ )φ ₂ ..............(27)

φ₆₁=(N ₁ +N ₃ +N ₅ +N ₇ )φ ₆ ..............(28)

φ₄₁=(N ₁ +N ₃ +N ₅ +N ₇ )φ ₄ ..............(29)

출력권선(2)에 대해서도 동일하게 출력권선(1)에서 교차하는 공간 2차, 6차, 4차의 자속이 φ₂₂, φ₆₂, φ₄₂일 때 다음식으로 된다.

φ₂₂=(N ₂ +N ₄ +N ₆ +N ₈ )φ ₂ ..............(30)

φ₆₂=(N ₂ +N ₄ +N ₆ +N ₈ )φ ₆ ...............(31)

φ₄₂=(N ₂ -N ₄ +N ₆ -N ₈ )φ ₄ ...............(32)

도 13에서 나타낸 바와같이 종래예의 권선사양에서 N₁~N₈는 모두 N와 동일하므로 식(27)~(32)에서 다음식으로 된다.

φ₂₁= φ₂₂= 4Nφ_2,φ_{61 =}φ₆₂= 4Nφ_61,φ₄₁= φ₄₂= 0.......(33)

종래의 권선사양에서는 공간 2차, 4차를 합친 진폭이 2상의 출력권선과 동일하며 또 공간 4의 자속은 합하지 않으나, 본 발명에서는 도 14에서와 같이 변화시켜 N+m(m은 양(+)의 정수로서 N＞m임)으로 한 경우, 식(27)~(32)에서 다음으로 된다.

φ₂₁= 4Nφ_2,φ₆₁= 4Nφ_6,φ₄₁= 0 ..........(34)

φ₂₂= (4N+2m)φ_2,φ₆₂= (4N+2m)φ_6,φ₄₂= 0 .........(35)

회전자위치를 확인하기 위한 필요로 하는 공간 2차, 6차의 자속성분에 대하여 차이가 발생하며 공간 4차에 대해서는 종래예와 동일하게 합하지 아니한다. 위 설명에 의해 출력권선(1)과 (2)에서 출력전압차를 발생시킬 수 있고, 전기각 180도 주기의 오차를 발생시킬 수 있다.

식 (34)와 (35)로 부터 출력권선의 교차자속의 비(比), 즉 출력전압의 비를 알 수 있다.

출력권선(1)의 전압에서 규격화 할 경우 출력권선(2)의 전압은 식(34)와 (35)에서 보다 출력권선(1)의 다음식(36)에서 배(倍)로 된다는 것을 알 수 있다.

이것은 식(21)에서 α= m/2N인 경우에 대응하며, 의도적으로 발생하도록 하는 오차 ε는 다음식(37)으로 된다.

따라서, N과 m을 적합하게 선택함으로써 공작오차에 의해 발생하는 전기각 180도 주기오차를 보정하여 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 구체적인 예로서, 도 13에서는 N = 158이고, m = 2인 경우에 대하여 설명한 것이며, 도 14에서는 검출위치 오차의 파형을 나타낸다.

종래의 권선사양(도 25에서 N = 158임)으로 할 경우에는 도 26의 실선으로 나타내도록 한 바와같이 검출위치 오차는 작다. 그러나, 공작오차에 의해 도 14의 파선으로 나타내도록 한 바와같이 기계각 90도 주기, 즉 전기각 180도 주기의 검출위치 오차는 커진다.

여기서, 본 발명의 권선사양(도 13에서 N=158이고, m=2인 경우임)에서는 실선으로 나타낸 바와같이, 전기각 180도 주기의 검출위치 오차가 감소되어, 정도가 높은 회전각도 검출장치로 작동한다.

여기서, 출력권선(2)의 티스번호 2, 4의 권수를 N+m으로 하여 변화시킬 경우에 대하여 설명하였으나, 공작오차에 의한 검출위치 오차의 위상이 역전되어 있는 경우를 N-m으로 하면 동일하게 오차를 감소시킬 수 있는 것은 식(37)에서 알 수 있다.

또, 티스번호 2, 4의 권수를 변화시키지 않고 티스번호 6, 8 또는 티스번호 4, 6을 변화시킨 경우에도 동일한 효과가 있다. 또, 출력권선(2)의 권수를 변화시킨 경우에 대하여 설명하였으나, 출력권선(2)은 종래예와 동일하게 출력권선(1)의 권수를 변화시킨 경우에 대해서도 동일한 효과가 얻어진다.

또, 도 13에서는 한 쪽의 출력권선이 N+m, O, N+m, O의 패턴을 최소 1회 가진 예에 대하여 설명하였으나, 한쪽의 출력권선이 N-m, O, N-m, O의 패턴을 최소 1회 가진 경우에도, 동일한 효과가 얻어진다.

또, 축배각(軸倍角)1의 회전각도 검출장치에 대하여 설명하였으나 축배각 2의 경우 티스가 4개 이므로, 예로서 출력권선(1)의 권수를 티스 1~4의 순서로 하여N ±m, O, N ±m, O(복합 동일 순서)으로 하고 출력권선(2) 권수를 O, N, O, N등으로 할 경우 동일 효과가 얻어진다.

또, 축배각이 3이상인 경우에 대해서도 출력권선의 한쪽은 종래예와 동일하여 한쪽에 N ±m, O, N ±m, O(복합 동일순서)등의 패턴을 최소 1회 설정함으로써동일한 검출위치 오차의 감소 효과가 있다.

위 설명에서와 같이, 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌출극을 가진 회전자로 이루어진 회전각도 검출장치에 있어서, 위에서 설명한 2상의 출력권선은 고정자의 다수의 티스에 권회되어, 한쪽의 출력권선에 있어 권수가 N ±m, O, N ±m, O(복합동일순서)의 패턴을 최소 1회 가지며(N,m은 양(+)의 정수로, N＞m임), 또 한쪽의 출력권선이 O, N, O, N으로 되는 패턴을 반복시켜 구성함으로써, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에 검출위치 오차가 작아진다. 즉, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

실시형태 5

실시형태 4에서는 도 13에 나타낸 바와같이 출력권선의 권수일부를 변경하여, N ±m, O, N ±m, O(복합동일순서)인 패턴을 최소 1회 가진 경우에 대하여 설명하였으나, 이 실시형태에서는 2상중 1상의 출력권선을 전부 N ±m, O, N ±m, O(복합동일 순서)의 패턴을 반복한 경우를 고려한 것이다.

도 15는 이 실시형태의 회전각도 검출장치를 나타낸 것이다.

도 15에서, 부호 11은 티스이며, 부호 12는 이들의 티스(11)를 8개 가진 고정자이다. 도면중에서 부호 1~8은 티스(11)의 티스번호를 나타낸다. 부호 13은 회전자이며, 부호 53a는 티스(11)에 권회한 출력권선(1)이고, 부호 53b는 티스(11)에 권회한 출력권선(2)이다.

권수는 각각 출력권선 (54a)(티스번호 1,3,5,7의 티스에 권회한 출력권선임)이 N으로 되어 있고, 출력권선 (54b)(티스번호 2, 4, 6, 8의 티스에 권회한 출력권선)가 N-m으로 되어 있다.

또, 부호 15는 회전자(13)의 회전축이다.

도 16은 위에서 설명한 각각의 티스에서 출력권선의 권수를 정리한 것이다.

출력권선(1)은 종래예와 동일한 권수 N으로 하고, 출력권선(2)에 대하여 모두 N ±m으로 한다.

이때, Φ_21,Φ_61,Φ_41,Φ_22,Φ_62,Φ₄₂를 구하면 다음식(38)과 (39)로 된다.

Φ₂₁= 4Nφ₂, Φ₆₁= 4Nφ₆, φ₄₁...............(38)

Φ₂₂= (4N ±4m)φ₂, Φ₆₂= (4N ±4m)φ₆, φ₄₂=0......(39)

이때, 출력권선 (1)과 (2)의 출력전압비를 구하면 다음식(40)으로 되어, 이것은 식(21)에서 α= ±m/N인 경우에 대응한다.

따라서, 의도적으로 발생하도록 하는 오차 ε[rad](전기각)는 다음식(41)으로 된다.

또, 출력권선(2)은 종래예와 동일한 권선 N으로 하고, 출력권선(1)에 대하여 모두 N ±m으로 할 경우 동일하게 다음식(42)와 (43)으로 되므로, 이 때 출력권선 (1)과 (2)의 출력전압비를 구하면 다음식 (44)로 된다.

Φ₂₁= (4N ±4m)φ₂, Φ₆₁= (4N ±4m)φ₆, φ₄₁= 0......(42)

Φ₂₂= 4Nφ₂, φ₆₂= 4Nφ_{6 ,}φ₄₂= 0......(43)

이것은 식(21)에서 α= ±m/N인 경우에 해당한다(단, m＜＜N으로 함).

따라서, 의도적으로 발생하도록 하는 오차 ε[rad](전기각)은 다음식(45)으로 된다.

여기서, 구체적인 예로서 도 16의 권선사양에서 N=158 이고, m=1인 경우에 대하여 검출위치 오차를 자계해석에 의해 구하였다. 도 18에서 그 결과를 나타낸다.

종래의 권선에서는 진폭이 기계각 0.19도 정도(전기각으로 0.38도)의 전기각180도 주기의 오차를 나타내었으나, 도 16의 권선사양에서는 그 오차가 감소되어 정도 높은 회전각도 검출장치로서 작동됨을 알 수 있다.

또, 도 16에서는 출력권선(1) 21의 권수는 종래예와 동일하게 되고, 출력권선(2) 22의 권수를 종래예에서 변화시킬 경우, 즉 도 15의 권선사양이 표에 기재되어 있으나, 도 17에서는 역(逆)으로 나타낸다. 즉, 출력권선(1)21의 권수를 종래예에서 변화시켜 출력권선(2) 22의 권수를 종래예와 동일하게 한 경우이다.

단, 도 16에서는 각 티스에서 변화시킨 권수가 N-m으로 기재되어 있으나, 도 17에서는 각 티스에서 변화시킨 권수가 N+m으로 기재되어 있다. 따라서, 이것은 기재된 예에 한정되지 않으며, 이 실시형태에서는 한쪽의 출력권선에서 권수가 N±m, O, N ±m, O으로 되거나, 또는 N±m,O,N±m,O의 패턴을 반복하여 구성되며 (N, m은 양(+)의 정수로 N ＞m임), 또 한쪽의 출력권선은 O, N, O, N으로 되나, 그 패턴이 반복하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 17의 권선사양에서 N=158이고, m=1인 경우에 대해서도 도 19에 나타낸다. 이 경우에도 종래의 권선에서는 진폭이 기계각 0.19도 정도(전기각으로 0.38도임)의 전기각 180도 주기의 오차를 나타내나, 도 17의 권선사양에서는 그 오차가 감소되어 정도 높은 회전각도 검출장치로서 작동함을 알 수 있다.

여기서는 축배각이 2인 회전각도 검출장치에 대하여 설명하였으나, 축배각이 3이상인 경우에 대해서도 동일하다.

예로써, 축배각이 3인 경우 12개의 티스에서 출력권선(1)은 권수가 N ±m, O, N ±m, O의 패턴을 3회 반복한 사양으로 하고, 출력권선(2)에 대해서는 O, N,O, N의 패턴을 3회 반복한 사양으로 하면, 동일한 효과를 나타낸다.

또, 축배각에 의해 식(41)(45)은 변화하지 않음이 명백하여 축배각에 의하지 않아 검출위치 오차가 감소하는 효과가 얻어진다.

위에의 설명에 의해, 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌출극을 가진 회전자로 구성되는 회전각도 검출장치에 있어서,

위에 2상의 출력권선은 고정자의 다수의 티스에 권회되어 있어, 한쪽의 출력권선에서 권수가 N ±m, O, N ±m, O으로 되거나 또는 N ±m, O, N ±m, O의 패턴을 반복하여 구성되고(m은 정(+)의 정수로 N＞m임), 또는 한쪽의 출력권선이 O, N, O, N으로 되거나 그 패턴의 반복으로 구성됨으로써, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에, 검출위치 오차가 작아진다. 즉, 정도가 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 실시형태 4에서는 한쪽의 출력권선의 권수가 원주방향에서 불균형 상태로 되어 있으나, 이 실시형태에서는 불균형이 발생하지 않으며, 원주방향에서 대칭성을 가진다. 따라서, 편심에 대하여 오차가 커지지 않는 효과도 있다.

실시형태 6

지금까지 출력권선의 권수를 종래예에서 변화시켜 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 감소시켜 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻는 방법을 설명하였다. 효과적으로 검출위치 오차를 감소시키는 방법에 대하여 설명한다.

공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정하기 위하여, 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차와 출력권선의 권수의 관계는 이미 도출한 바와같이 식 (41),(28)에 나타낸다.

이것은 실시형태 5의 권선사양에서 공작오차가 없는 이상적인 상태에서 전기각 180도 주기의 검출위치 오차를 진폭 m/2N으로 하여 의도적으로 발생시킬 수있다는 것을 나타낸다.

즉, 공작오차가 있는 상태에서 종래의 권선사양에서 발생하는 검출위치 오차의 진폭 ε와 의도적으로 발생시키는 오차의 진폭이 일치하도록 N 및 m을 선택하면 보다 효과적인 오차를 감소시킬 수 있다.

구체적 예로서, 도 25에 나타낸 종래의 권선사양에서 N=158로 할 때 전기각 0.38도, 즉 0.0066[rad]의 진폭오차가 발생하는 경우에 대하여 m=2로 하여 다음식 (46)과 같이 의도적으로 발생하는 검출위치 오차의 진폭과 공작오차에 의한 검출위치 오차의 진폭을 거의 일치시킨 경우에 대하여 그 효과를 나타낸다.

이 실시형태에서 권선사양은 도 20에서 N=158이고, m=2인 경우에 대응한다. 이때 검출위치 오차의 그래프를 도 21에 나타낸다.

지금까지의 실시형태와 대비할 때 보다 효과적으로 검출위치 오차를 감소시켜, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다. 여기서, m/2N과 ε는 거의 동일한 경우에 대하여 나타내었으나,

다음식(47)으로 한 경우에는 또 오차를 감소시킬 수 있다.

위 설명에 의해, 종래예의 권선사양의 경우 검출위치 오차가 전기각으로 ε [rad]를 발생하는 회전각도 검출장치에 있어서 위에서 설명한 오차를 보정하기 위하여 m/2N과 ε를 거의 동일하게, 바람직하게는 m/2N = ε로 되도록 N과 m을 선택함으로써, 고정자의 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에, 오차감소를 위해 의도적으로 발생시키는 오차와 공작오차에 의해 발생하는 오차의 진폭이 거의 같거나, 또는 동일하게 할 수 있기 때문에 보다 효과적으로 검출위치 오차를 감소시킬 수 있고, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

실시형태 7

지금까지는 회전자의 형상에 대하여 특히 한정되지 않았으나, 이 발명의 권선에 의해 공작오차가 어느 원인으로 발생하는 검출위치 오차를 감소시킬 수 있어도 회전자의 형상이 적합하지 아니하면 검출위치 오차가 커지는 경우가 있다. 이 발명에서는 회전자의 형상에 의해 발생하는 퍼미언스(Permeance)의 변동성분을 이용한 회전각도 검출장치에 관한 것으로, 위에 설명한 퍼미언스의 변동성분이 사인 (sine)파장일 경우 검출장치 오차가 감소되어 높은 정도로 된다.

따라서, 회전자의 회전축 중심을 원점으로 하여 회전자의 원주위치를 나타내는 각도 θ로 할 때 고정자 내원주와 회전자의 외원주 사이의 퍼미언스를 각도 θ에서 직류성분도 포함되어 다음식(48)로 될 경우 정도 높은 회전각도 검출장치로써 기능적인 작동을 한다.

단, A,B는 정(+)의정수로서 A＞B이고, M은 회전각도 검출장치의 축배각으로 한다.

A + Bcos(Mθ).............(48)

공극길이가 퍼미언스에 역비례하고 식(31)으로부터 각도의 위치에서 공극길이가 다음식(49)으로 되도록 한 회전자 형상으로 하면, 공극의 퍼미언스의 맥동성분이 사인 파장으로 되어 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있다.

따라서, 출력권선의 권수를 실시형태 1~6에서 설명한 어느 실시형태중에서와 같이 설정하여 회전자를 식(49)에 의해 결정하는 형상으로 하여 검출위치 오차를 다시 감소시킬 수 있어, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

실시형태 8

도 22에서는 위에서 설명한 이 발명의 회전각도 검출장치를 구비한 영구자석형 회전전기를 나타낸다.

도 22에서, 부호 140는 영구자석형 회전전기이고, 부호 141은 회전전기(140)의 고정자이며, 부호 142는 고정자(141)를 구성하는 전기자 철심이고, 부호 143은 동일하게 고정자(141)를 구성하는 전기자 권선이며, 부호 144는 회전전기(140)의 회전자이고, 부호 145는 회전자(144)를 구성하는 회전자철심이며, 부호 146은 동일하게 회전자(144)를 구성하는 영구자석이고, 부호 147은 회전자철심(145)이 고정되어 있는 샤프트이다.

또, 부호 12, 13, 14는 위의 설명과 동일하다. 즉, 각각 회전각도 검출장치의 고정자, 회전자, 출력권선이다.

또, 출력권선에 대해서는 실시형태 1에서의 부호 14를 사용하나 이 경우에 한정되지 않으며, 위에서 설명한 실시형태중 어느 실시형태라도 가능하다. 또 부호 16은 회전각도 검출장치의 여자권선이다.

영구자석형 회전전기(140)는 전기자철심(142)과 전기자철심(142)에 수납된전기자 권선(143)에 의해 구성되어 있는 고정자(141)와, 회전자 철심(145)과 영구자석(146)으로 구성되어 있는 회전자(144)를 구비한다.

회전자(144)는 샤프트(147)에 고정되어 있다. 회전자(144)는 베아링(148)에 의해 자유자재로 회전할 수 있다.

실시형태 1~7에서 설명한 회전각도 검출장치에서는 샤프트(147)에 회전자 (144)가 예로서 압입에 의해 고정되어 있으며, 회전자(144)의 회전상태에서 고정자 (141)가 포위하도록 한 위치에 영구자석형 회전전기(140)의 고정자(141)측에 고정되어 있다.

회전각도 검출장치의 회전자(13)는 영구자석형 회전전기(140)의 회전자(144)와 함께 회전한다.

회전각도 검출장치의 여자권선에 여자전류를 가하면 출력권선에 전압이 발생하여 그 전압의 변화를 판독하여 회전각도를 검출한다.

실시형태 1~7에서는 공작오차가 어느 원인으로 발생하는 검출위치 오차를 보정하여 회전각도 검출장치를 정도높게 하는 방법에 대하여 설명하였다.

이 발명의 기술을 적용한 회전각도 검출장치를 도 22에 나타내도록 영구자석형 회전전기(140)의 회전자(144)의 회전각도를 검출하는 용도에 사용할 경우, 회전각도 검출장치는 공작오차가 어느 원인으로 발생하는 검출위치 오차를 감소시켜 점도 높게 하기 위한 영구자석형 회전전기(140)의 회전자(144)의 위치결정 정도(精度)가 향상하는 효과가 있다.

또, 검출위치 오차가 커지면, 영구자석형 회전전기(140)의 회전자(144)위치를 정확하게 파악할 수 없기 때문에 전류위상이 통전할 수 있는 위상에서 벗어나 토크 (torque)명령치와 실제로 발생하는 토크 사이에 차이가 발생한다.

지금까지의 예로서 알 수 있는 바와같이, 회전각도 검출장치의 검출위치 오차는 회전각에 의해 주기적으로 변화하기 때문에 토크값도 회전각에 따라 맥동한다. 즉, 회전각도 검출장치의 검출위치 오차가 커지면 토크맥동이 커지게 되어 영구자석형 회전전기(140)의 성능을 저하시킬 수 있다.

그리고, 실시형태 1~7에서 설명한 회전각도 검출장치를 사용하면 검출위치 오차가 감소되기 때문에 토크맥동이 적어져 영구자석형 회전전기를 구동할 수 있는 효과가 있다. 또, 구조가 복잡하고, 코스크가 높은 광학식 인코더등을 사용하지않기 때문에, 구조가 간단하고 염가이며, 또 내환경성이 우수한 영구자석형 회전전기를 얻을 수 있는 효과도 있다.

이 실시형태에서는 회전각도 검출장치를 영구자석형 회전전기의 부하측에 위치한 예를 나타내나, 부하와 역방향으로 회전각도 검출장치를 배치한 경우나 회전전기의 내부에 배치한 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.

실시형태 9

또, 전동 파워스티어링(power steering) 장치와 같이, 구동원으로 쓰이는 전동기의 토크맥동을 작게 할 필요가 있는 용도에는 실시형태 8에서 설명한 영구자석형 회전기가 적합하다.

도 23에서는 전동 파워스티어링 장치의 개념도를 나타낸다.

도 23에서 부호 140은 실시형태 8에서 나타낸 영구자석형 회전전기이다.

또, 부호 151은 스티어링 휠(steering wheel)이고 부호 152는 컬럼샤프트 (column shaft)이고, 부호 153은 웜기어(worm gear)이며, 부호 154는 핸들 조인트 (handle joint)이고, 부호 155는 스티어링기어(steering gear)이며, 부호 156은 랙(rack)이다.

조타력은 스티어링 휠(151)에서 컬럼샤프트(152)를 통하여 웜기어((153)(도 23에서는 구체적 도시를 생략하며, 기어박스만을 나타냄)에 전달된다.

웜기어(153)는 전동기출력(토크, 회전수)을 회전방향을 직각으로 변화시키면서 전달하고, 동시에 감속하며 어시스트토크(assist torque)를 증가시킨다.

또, 조타력은 핸들 조인트에 전달하여 방향도 변화시킨다.

스티어링기어(155)(도 23에서는 구체적 도시를 생략하며, 기억박스만 나타냄)는 컬럼샤프트(152)의 회전을 감속하며, 동시에 랙(156)의 직선운동으로 변화시켜 소정의 변위를 얻는다. 이 랙(156)의 직선운동에 의해 차바퀴를 작동시켜 차량의 방향전환을 가능하도록 한다.

위 설명에서와 같이, 전동 파워스티어링 장치에서는 전동기에서 발생하는 토크의 맥동이 웜기어(153)와 컬럼샤프트(152)를 통하여 스티어링 휠(151)에 전달된다. 따라서 전동기가 큰 토크맥동을 발생할 경우 원활한 스티어링 감각을 얻을 수 없다. 또, 구조가 복잡하고 고가인 광학식 인코더등을 사용하지 않으므로 구조가 간단하고 염가이며, 내환경성이 우수한 전동 파워스티어링 장치를 얻을 수 있는 효과도 있다.

또, 이 실시형태에서는 컬럼샤프트를 전동기의 토크에 의해 어시스트하는 컬럼어시스트식 전동 파워스티어링 장치를 나타내나, 랙을 전동기의 토크에 의해 어시스트 하는 랙 어시스트식의 경우에도 바람직하다.

따라서, 실시형태 8에서 설명한 영구자석형 회전전기를 구동원으로 한 전동 파워스티어링 장치는 토크의 맥동이 적어 원활한 스티어링 감각을 얻을 수 있는 효과가 있다.

이 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌기극을가진 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로서, 고정자가 다수의 티스를 가지며, 2상의 출력권선은 다수의 티스에 권회시키고, 다수의 티스가 출력권선의 권수가 N인 티스와, 출력권선의 권수가 N ±m(N, m은 양(+)의 정수로 N＞m임)인 티스 및 권수가 m인 티스중에서 어느 한쪽을 포함하는 회전각도 검출장치이므로,

이와같은 구성에 의해, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에 검출위치 오차가 작아져 정도 좋은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자이다. 돌기극을 가진 회전자로 구비한 회전각도 검출장치로서, 고정자가 다수의 티스를 가지며, 2상의 출력권선은 다수의 티스에 권회시키고, 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N ±m,O, N ±m,O(N,m은 양 (+)의 정수로 N＞m임)이거나 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시키며, 또 2상의 출력권선중 다른쪽 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O, N, O, N이거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시킨 회전각도 검출장치이므로, 이와같은 구성에 의해, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에 검출위치 오차가 작아져 정도 좋은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 오차를 보정하기 위하여 의도적으로 발생시키는 검출위치 오차의 위상, 진폭을 제어할 수 있어 효과적으로 검출위치 오차를 감소시킬 수 있고 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌기극을 가진 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로서, 고정자가 다수의 티스를 가지며, 2상의 출력권선은 다수의 티스에 권회시키고, 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N, O, N ±m,O(N, m은 정(+)의 정수로 N＞m₁임)이거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시키고, 또 2상의 출력권선중 다른쪽 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 0, N ±m₂, O, N(N, m₂는 양(+)의 정수로 N＞m₂임)이거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시킨 회전각도 검출장치이므로, 이와같은 구성에 의해, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에 검출위치 오차가 작아져, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다. 또, 오차를 보정하므로 의도적으로 발생하는 검출위치 오차가 작아져 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다. 또, 오차를 보정하므로 의도적으로 발생하는 검출위치 오차의 위상, 진폭을 임의로 제어할 수 있어 효과적으로 검출위치 오차를 감소시킬 수 있고, 정도 높은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌기극을 가진 회전자를 구비한 회전각도 검출장치이며, 고정자가 다수의 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로서 고정자가 다수의 티스를 가지며, 2상의 출력권선은 다수의 티스에 권회시키고, 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선에서, 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N ±m, O, N ±m, O(N,m은 양(+)의 정수로서 N＞m임)인 패턴이 최소 1회 포함하며, 또 2상의 출력권선 중 다른쪽 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O, N, O, N이거나 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시킨 회전각도 검출장치이므로, 이와같은 구성에 의해 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에, 검출위치 오차가 작아져, 정도 좋은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설정한 고정자와, 돌기극을 가진 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로서, 고정자가 다수의 티스를 가지며, 2상의 출력권선은 다수의 티스에 권회시키고, 2상의 출력권선중 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N ±m, O, N ±m, O(N,m은 양(+)의 정수로 N＞m임)이거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시키고, 또 2상의 출력권선중 다른 쪽 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O, N, O, N이거나, 또는 그 권수의 패턴이 반복되도록 권회시킨 회전각도 검출장치이므로, 이와같은 구성에 의해, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있어 검출위치 오차가 작아져 정도 좋은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다. 또, 편심에 대하여 오차가 증대되지 않는 효과가 있다.

또, 위에서 설명한 m를 m=0으로 한 권선사양의 경우, 검출위치 오차가 전기각 ε[rad]만 발생하는 회전각도 검출장치로서, 오차를 보정하여 m/2N과 ε를 거의 동일하게, 바람직하게는 m/2N = ε로 되므로, 이와같은 구성에 의해 고정자 내경의 완전원 형상도 악화등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정할 수 있기 때문에, 검출위치 오차가 작아저 정도 좋은 회전각도 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다. 또, 오차의 감소로, 의도적으로 발생되는 오차와 공작오차에 의해 발생되는 오차의 진폭이 거의 동일하거나, 또는 동일하기 때문에 보다 효과적으로 검출위치 오차를 감속시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 회전자의 회전축 중심을 원점으로 하여 회전자의 외원주 위치를 나타내는 각도를 θ로 할때, 각도 θ의 위치에서의 공극길이가 1/{A+Bcos(Mθ)}(단, A, B는 정(+)의 정수로서 A＞B이고, M은 회전각도 검출장치의 축배각임)로 되는 회전자를 구비하고 있어, 이와같은 회전자를 구비함으로써 공극의 퍼미언스(Permeance)변화가 사인(sine)파장으로 되어 정도 높은 회전각 검출장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 위에서 설명한 회전각도 검출장치에서 어느것을 구비한 영구자석형 회전전기이므로, 고정자 내경의 완전원 형상도 악화나 티스의 위치차이등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정함으로써 검출위치 오차가 작아져 정도가 좋은 회전각도 검출장치를 영구자석형 회전전기의 회전위치 센서로 사용되어 위치결정 정도가 향상되는 효과가 있다.

또, 검출위치 오차에 기인하는 토크맥동을 감소시킬 수 있어 원활한 토크파형을 얻을 수 있는 효과가 있다.

구조가 복잡하고 고가인 광학식 인코더등을 사용하지 아니하므로, 구조가 간단하며 염가이고, 또 내환경성이 우수한 영구자석형 회전전기를 얻을 수 있는 효과도 있다.

또, 본 발명은 고정자 내경의 완전원 형상도 악화나, 티스의 위치차이등 공작오차에 의해 발생하는 검출위치 오차를 보정시켜, 검출위치 오차가 작아저 정도가 좋은 회전각도 검출장치를 사용한 영구자석형 회전전기를 구동원으로 하여 사용하는 전동 파워스티어링 장치이므로, 이와같은 영구자석형 회전전기는 토크맥동이 작아져 원활한 스티어링 감각을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또, 구조가 복잡하며, 고가인 광학식 인코더등을 사용하지 아니하므로, 구조가 간단하고 염가이며, 또 내환경성이 우수한 전동 파워스티어링 장치를 얻을 수 있는 효과도 있다.

Claims

1상의 여자 권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로, 상기 고정자가 다수의 티스를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨 있고, 상기 다수의 티스가 상기 출력권선의 권수가 N인 티스와, 상기 출력권선의 권수가 N ±m(N, m는 정의 정수로 N＞m라고 한다)인 티스 및 권수가 m인 티스의 적어도 어느 한 쪽을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치.

1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로, 상기 고정자가 다수의 티스를 소유하고, 상기 2상의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨있고, 상기 2상의 출력권선중의 소정의 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 N±m, O, N, O(N, m는 정의 정수로 N>m라고 한다)가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감기고, 또 상기 2상의 출력권선중의 다른 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가 O, N, O, N으로 되거나, 또는 이 권선의 패턴이 반복되도록 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치.

1상의 여자권선과 2상의 출력권선을 설치한 고정자와, 돌출극을 갖는 회전자를 구비한 회전각도 검출장치로서, 상기 고정자가 다수의 피스를 소유하고, 상기 2상 의 출력권선은 상기 다수의 티스에 감겨 있고, 상기 2상의 출력권선중의 소정의 1상기 출력권선의 티스에서 권수가 N, O, N±m₁, O(N, m₁은 정의 정수로 한다)가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감기고, 또 상기 2상의 출력권선중 다른 1상의 출력권선의 각 티스에서의 권수가, O, N±m₂, O, N(N₁m₂는 정의 정수로 N＞m₂로 한다)가 되거나, 또는 이 권수의 패턴이 반복되도록 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치.