DE10248200B4

DE10248200B4 - Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels

Info

Publication number: DE10248200B4
Application number: DE10248200.4A
Authority: DE
Inventors: Masatsugu Nakano; Yukari Toide; Satoru Akutsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP3938501B2; KR100492502B1; US20030074799A1; US20050168217A1; DE10248200A1; KR20030031869A; US6891365B2; JP2003194584A; US7009389B2

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Stator (12), der mit einer einphasigen Erregerwicklung und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist und eine Vielzahl von Zähnen (11) aufweist, wobei die Zweiphasen-Ausgangswicklungen derart um diese Zähne gewickelt sind, dass, wenn N und m positive ganze Zahlen sind und N > m gilt, bei einigen dieser Zähne (11) die Anzahl von Windungen der Ausgangswicklungen gleich N ist, bei zumindest einem der Zähne die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen gleich N ± m ist, und bei einigen Zähnen die Anzahl der Windungen gleich m ist, und einem Rotor (13) mit auskragenden Polen, dessen Spaltlänge in der Position eines Winkels θ, der ein Winkel mit einem Zentrum einer Drehwelle des Rotors als Ursprung ist und eine Position an einem äußeren Umfang des Rotors repräsentiert, gleich 1/{A + Bcos(Mθ)} ist, wobei A und B positive Konstanten sind mit A > B, und wobei M ein Wellenmehrfachwinkel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, und insbesondere eine solche Vorrichtung, welche aus einem Stator, der mit einer Ausgangswicklung von einer Phase und Erregerwicklungen von zwei Phasen versehen ist, und einem Rotor mit auskragenden Polen besteht.
2. Stand der Technik
Herkömmlicherweise ist ein optischer Encoder als Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels verwendet worden. Jedoch weist ein optischer Encoder einen Nachteil auf, dass dessen Betriebstemperatur umgebungsbegrenzt ist, und zur selben Zeit ist dessen Struktur kompliziert und teuer. Andererseits ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, die eine Änderung der Permeanz bzw. Durchlässigkeit eines Spalts zwischen einem Rotor und einem Stator verwendet, als eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels entwickelt worden, welche hinsichtlich dessen Struktur einfach und kostengünstig ist und zur selben Zeit einer Umgebung mit hoher Temperatur widerstehen kann. Beispielsweise ist ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit Erregerwicklungen von zwei Phasen und einer Phasenausgabewicklung in der JP 62-58445 B beschrieben. Zusätzlich ist ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einer Erregerwicklung von einer Phase und zwei Phasenausgabewicklungen in der JP 49-124508 A beschrieben. In beiden der herkömmlichen Beispiele verändert sich eine Phase oder eine Amplitude einer Spannung, die in einer Ausgabewicklung induziert wird, in Abhängigkeit von einem Winkel des Rotors, und wobei eine Position des Rotors durch Auslesen der Veränderung festgestellt werden kann. Zusätzlich weisen diese konventionellen Beispiele eine Struktur auf, bei der die Anzahl der Windungen der Ausgabewicklung in jedem Zahn die gleiche ist.
Bei diesen herkömmlichen Beispielen wird eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler und hoher Genauigkeit in einem idealen Fall ohne Bearbeitungsfehler realisiert. Da jedoch ein Bearbeitungsfehler tatsächlich auftritt, kann ein Erfassungspositionsfehler ansteigen, und die gewünschte Genauigkeit kann nicht realisiert werden. Beispielsweise nimmt ein Erfassungspositionsfehler zu, wenn die Rundheit eines inneren Durchmessers eines Rotors aufgrund von beispielsweise einem Fehler in der Anordnung einer Wicklung oder einer geringen Genauigkeit einer Form vermindert ist, welche bei dem Ausstanzen aus einem Kern des Stators verwendet wird.
Als konventionelles Beispiel ist in 24 eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrzahlwinkel von 2 dargestellt. Insbesondere entspricht das herkömmliche Beispiel von 24 einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, bei welcher der Rotor, der in der JP 49-124508 A beschrieben ist, derart ausgebildet ist, dass er zwei auskragende Pole aufweist. In 24 bezeichnen die Bezugszeichen 100-1 und 100-2 Zwei-Phasenausgangswicklungen (im Nachfolgenden als Ausgangswicklung 1 und Ausgangswicklung 2 bezeichnet). Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 101 Zähne, und das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Stator mit acht Zähnen 101. Die Bezugszeichen 1 bis 8 in der Figur zeigen die Zähneanzahl an. Das Bezugszeichen 103 bezeichnet einen Rotor; das Bezugszeichen 104 bezeichnet Ausgangswicklungen mit einer Anzahl von Windungen N, welche um die Zähne 101 gewickelt sind; und das Bezugszeichen 105 bezeichnet eine Drehwelle des Rotors 103.
Wie in 24 gezeigt, besteht die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels in diesem herkömmlichen Beispiel aus dem Stator 102 mit den acht Zähnen 101 und dem Rotor 103 mit zwei herauskragenden Polen, und ist in einer Struktur ausgebildet, in welcher die Variation der Permeanz zwischen dem Rotor und einer Spaltoberfläche pulsiert, und wobei eine Doppelhöchstwertpositionskomponente mit einem Maschinenwinkel von 360 Grad vorgesehen ist. Obwohl es in der Figur nicht dargestellt ist, ist eine Erregerwicklung konzentrisch um jeden Zahn 101 an dem Stator 102 gewunden, um entgegengesetzte Polaritäten in angrenzenden Zähnen 101 vorzusehen. Zusätzlich sind die Zwei-Phasenausgangswicklungen 100 um die vier Zähne 101 jeweils durch dieselbe Anzahl von Windungen N gewickelt (insbesondere ist die Ausgangswicklung 1 um den Zahn mit der Zahnnummer 1, 3, 5 und 7 gewickelt, und die Ausgangswicklung 2 ist um die Zähne mit den Zahnnummern 2, 4, 6 und 8 gewickelt). Jedoch sind die Polaritäten der Zähne derart festgelegt, dass sie sich abwechseln. Wie in 24 gezeigt, ist die Ausgangswicklung 1 um die Zähne mit den Zahnnummern 1, 3, 5 und 7 gewickelt, so dass die Polaritäten der Zähne alternieren bzw. sich abwechseln, d. h. dass die gleichen Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 5 und in den Zähnen mit den Zahnnummern 3 und 7 vorliegen, und wobei entgegengesetzte Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 3 vorliegen. Wie zusätzlich in 24 gezeigt, ist die Ausgangswicklung 2 um die Zähne mit den Zahnnummern 2, 4, 6 und 8 gewickelt, so dass die Polaritäten der Zähne alternieren bzw. sich abwechseln, d. h. dass die gleichen Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 6 und in den Zähnen mit den Zahnnummern 4 und 8 vorliegen, und wobei entgegengesetzte Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 4 vorliegen. Ferner sind diese vier Wicklungen 104 in Serie verbunden. 25 zeigt die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung in jedem Zahn. Auf diese Art und Weise ist in dem herkömmlichen Beispiel, wie in 24 gezeigt, die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung die gleiche in jedem Zahn, um welchen die Ausgangswicklungen gewickelt sind. Somit ist ein Erfassungspositionsfehler gering, und die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels arbeitet mit hoher Genauigkeit in dem idealen Zustand ohne einen Bearbeitungsfehler.
Wie bereits beschrieben, kann jedoch ein Erfassungspositionsfehler zunehmen, und eine gewünschte Genauigkeit kann nicht realisiert werden, da tatsächlich ein Bearbeitungsfehler auftritt. Beispielsweise kann ein Erfassungspositionsfehler ansteigen, wenn die Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators aufgrund einer geringen Genauigkeit einer Form verschlechtert wird, die beim Ausstanzen eines Kerns des Stators verwendet wird.
Eine Zunahme eines Erfassungspositionsfehlers aufgrund eines Bearbeitungsfehlers wird hinsichtlich eines spezifischen Beispiels beschrieben werden. Als Beispiel wird ein Fall beschrieben, in welchem eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem inneren Durchmesser eines Stators von 20 mm und einem Wellenmehrfachwinkel von 2 vorgesehen ist. Ferner sind die Wicklungsspezifikationen die gleichen wie bei dem vorstehend erwähnten herkömmlichem bzw. bekanntem Beispiel.
Ein Fall, in welchem die Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators verschlechtert wird und der innere Durchmesser in eine elliptische Form verformt wird, wird nun in Betracht gezogen. 31 zeigt Erfassungspositionsfehler in einem Fall, in welchem der innere Durchmesser verformt ist, wobei dieser um 50 μm von einer vollständig runden Form und in einem idealen Zustand ohne Bearbeitungsfehler abweicht, und wobei die Form des inneren Durchmessers vollständig rund ist. Die horizontale Achse zeigt eine Position eines Rotors hinsichtlich eines Maschinenwinkels an, und die vertikale Achse zeigt einen Erfassungspositionsfehler hinsichtlich eines Maschinenwinkels an. Es ist aus dieser Figur ersichtlich, dass ein Erfassungspositionsfehler ansteigt, wenn der innere Durchmesser des Stators von einer vollständig runden Form leicht abweicht. Darüber hinaus ist es ebenso zu sehen, dass eine Periode eines Erfassungspositionsfehlers ein Maschinenwinkel von 180 Grad ist, was 360 Grad hinsichtlich eines elektrischen Winkels sind. Jedoch ist ein elektrischer Winkel festgelegt, um einen Wert zu erhalten, welcher durch Multiplizieren eines Maschinenwinkels mit einem Wellenvielfachwinkel erhalten wird. Zusätzlich ändert sich eine Phase dieses Fehlers mit der Periode des elektrischen Winkels von 360 Grad in verschiedene Werte in Abhängigkeit von einem Maschinenfehler, welcher aufgetreten ist.
Als nächstes wird ein Fall in Betracht gezogen, in welchem die Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators verschlechtert und der innere Durchmesser in eine rechteckige Form verformt wird. 26 zeigt Erfassungspositionsfehler in einem Fall, in welchem der innere Durchmesser sich verformt, wobei dieser um 20 μm von einer vollständig runden Form abweicht, und wobei ein idealer Zustand ohne einen Bearbeitungsfehler vorliegt und die Form des inneren Durchmessers vollständig rund ist. Die horizontale Achse zeigt eine Position eines Rotors hinsichtlich eines Maschinenwinkels, und die vertikale Achse zeigt einen Erfassungspositionsfehler hinsichtlich eines Maschinenwinkels an. Es ist aus dieser Figur ersichtlich, dass ein Erfassungspositionsfehler ansteigt, wenn der innere Durchmesser des Stators von einer vollständig runden Form leicht abweicht. Darüber hinaus ist es ebenso ersichtlich, dass eine Periode eines Erfassungspositionsfehlers ein Maschinenwinkel von 90 Grad ist, was 180 Grad hinsichtlich eines elektrischen Winkels entspricht. Jedoch ist ein elektrischer Winkel derart festgelegt, dass man einen Wert erhält, welcher durch Multiplizieren eines Maschinenwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel erhalten wird. Zusätzlich ändert sich eine Phase dieses Fehlers mit der Periode des elektrischen Winkels von 180 Grad in verschiedene Werte in Abhängigkeit eines Bearbeitungsfehlers, welcher aufgetreten ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist die herkömmliche Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels derart gestaltet, dass sie als Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler und hoher Genauigkeit im idealen Fall ohne Bearbeitungsfehler arbeitet. In der Realität jedoch kann ein Erfassungspositionsfehler ansteigen, und die gewünschte Genauigkeit kann nicht realisiert werden, da ein Bearbeitungsfehler unweigerlich aufgrund eines Fehlers in der Anordnung einer Wicklung, der geringen Genauigkeit einer Form, welche zum Ausstanzen eines Kerns des Stators verwendet wird, oder ähnlichem auftritt.
Aus DE 696 08 879 T2 ist ein Geber zur Erfassung der Winkelstellung mit variabler Reluktanz bekannt. Die Anzahl von Umdrehungen von Ausgangswicklungen, die um jeden einzelnen Pol eines Stators gewickelt sind, verändert sich sinusförmig um den Stator herum.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist vorgenommen worden, um derartige Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels bereitzustellen, welche aus einem Stator, der mit einer Erregerwicklung von einer Phase und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist, und einem Rotor mit herauskragenden Polen besteht, wobei ein Erfassungspositionsfehler, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, durch Entwickeln bzw. Ausdenken der Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung korrigiert wird, um eine hohe Genauigkeit zu realisieren.
In Anbetracht der vorstehenden Aufgabe weist die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels der vorliegenden Erfindung die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 5 auf.
Somit tritt bei einer derartigen Struktur ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. einer hohen Genauigkeit, realisiert werden kann, da ein Erfassungspositionsfehler, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, wie beispielsweise eine Verschlechterung der Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators, korrigiert werden kann.
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen ähnliche bzw. gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile in den Figuren beschreiben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, welches eine Wicklungsspezifikation einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 erläutert die Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels der ersten Ausführungsform in einer Tabelle;
3 erläutert den Vergleich der Erfassungspositionsfehler in einem herkömmlichen Beispiel und gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
4 ist ein Diagramm, welches eine Wicklungsspezifikation einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 erläutert die Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle;
6 erläutert eine Modifikation der Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle;
7 erläutert ein Verhältnis zwischen einer Kombination von Direktstromkomponenten α1 und α2 einer Änderung der Spannungen der Zweiphasenausgangswicklungen und einer Phase eines Erfassungspositionsfehlers, welcher in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle absichtlich erzeugt worden ist;
8 erläutert den Vergleich der Erfassungspositionsfehler in einem herkömmlichen Beispiel und in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
9 ist ein Diagramm, welches eine Wicklungsspezifikation „einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 erläutert die Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle;
11 erläutert den Vergleich von Erfassungspositionsfehlern eines herkömmlichen Beispiels und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
12 ist ein Diagramm, welches eine Wicklungsspezifikation einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
13 erläutert die Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle;
14 erläutert den Vergleich der Erfassungspositionsfehler eines herkömmlichen Beispiels und der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
15 ist ein Diagramm, welches eine Wicklungsspezifikation einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
16 erläutert die Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle;
17 erläutert eine Modifikation der Wicklungsspezifikation der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß der fünften Ausführungsform in einer Tabelle;
18 erläutert den Vergleich von Erfassungspositionsfehlern eines herkömmlichen Beispiels und der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
19 erläutert einen Vergleich von Erfassungspositionsfehlern eines herkömmlichen Beispiels und der Modifikation der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
20 erläutert eine Wicklungsspezifikation einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tabelle;
21 erläutert den Vergleich von Erfassungspositionsfehlern eines herkömmlichen Beispiels und der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Graphen;
22 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Struktur einer dynamoelektrischen Maschine nach Art eines Permanentmagneten gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
23 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Struktur einer elektrischen Servolenkung in einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
24 ist ein Diagramm, welches eine Wicklungsspezifikation einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels darstellt;
25 erläutert die Wicklungsspezifikation der herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels in einer Tabelle;
26 erläutert Veränderungen in einem Erfassungspositionsfehler in dem Fall, in welchem ein innerer Durchmesser einer Wicklung eines Stators in eine rechtwinklige Form verformt wird und von einer vollständig runden Form um 20 μm abweicht;
27 erläutert Veränderungen von Spannungen von Zwei-Phasen Ausgangswicklungen durch einen Graphen (in dem Fall, in welchem ein Wellenmehrfachwinkel 2 ist);
28 erläutert, wie ein magnetischer Fluss der räumlichen zweiten Ordnung mit Ausgangswicklungen verbunden ist;
29 erläutert, wie ein magnetischer Fluss der räumlichen sechsten Ordnung mit Ausgangswicklungen verbunden ist;
30 erläutert, wie ein magnetischer Fluss der räumlichen vierten Ordnung mit Ausgangswicklungen verbunden ist; und
31 erläutert eine Veränderung eines Erfassungspositionsfehlers in dem Fall, in welchem ein innerer Durchmesser einer Wicklung eines Stators in eine elliptische Form verformt wird, so dass dieser von einer vollständigen runden Form um 50 μm abweicht.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Nachfolgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Diagramm, welches eine Struktur einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels dieser Ausführungsform darstellt. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 Zähne, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Stator mit acht Zähnen 11. Die Bezugszeichen 1 bis 8 in der Figur zeigen die Nummern der Zähne 11 an. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Rotor, und die Bezugszeichen 14a und 14b bezeichnen Ausgangswicklungen, welche um die Zähne 11 gewickelt sind. Die Anzahl der Windungen beträgt N ± m für die Ausgangswicklungen 14a (die Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 3 und 7 gewickelt ist), und N für die Ausgangswicklung 14b (die Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 1 und 5 gewickelt ist). Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 15. eine Drehwelle des Rotors 13. Obwohl ferner die Ausgangswicklungen tatsächlich in zwei Phasen vorgesehen sind, ist in dieser Ausführungsform lediglich diejenige für eine Phase in 1 dargestellt (lediglich die Ausgangswicklung 1). 2 zeigt die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen in jedem Zahn. Die Anzahl der Windungen für die Ausgangswicklung (1) ist wie vorstehend beschrieben (jedoch wird nur N + m erwähnt, und N – m wird für die Zähne mit den Zahnnummern 3 und 7 weggelassen). In der Ausgangswicklung (2) ist die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen N, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 2, 4, 6 und 8 gewickelt sind, und die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen ist m, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 3 und 7 gewickelt sind.
Wie unter Verwendung des herkömmlichen Beispiels in 24 beschrieben, und wie in dem vorstehend erwähnten Graphen von 31 gezeigt, ist eine Periode bzw. eine Zeitdauer eines Erfassungspositionsfehlers ein Maschinenwinkel von 180 Grad, was 360 Grad hinsichtlich eines elektrischen Winkels entspricht. Jedoch ist ein elektrischer Winkel derart festgelegt, dass ein Wert zu nehmen ist, welcher durch Multiplizieren eines Maschinenwinkels mit einem Wellenvielfachwinkel erhalten wird. Zusätzlich ändert sich eine Phase dieses Fehlers mit der Periode des elektrischen Winkels von 360 Grad in verschiedene Werte in Abhängigkeit eines Bearbeitungsfehlers, welcher aufgetreten ist.
Aus der obigen Beurteilung ist anzunehmen, dass ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch einen Bearbeitungsfehler einer Form eines Stators verursacht wird, reduziert werden kann, und wobei eine sehr genaue Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels realisiert werden kann, wenn eine Spezifikation der Ausgangswicklungen aus dem herkömmlichen Beispiel entwickelt wird, das in 24 gezeigt ist, und derart verändert wird, dass ein Fehler mit der Periode des elektrischen Winkels von 360 Grad korrigiert werden kann. Wenn zusätzlich solch ein Fehler aufgrund der Genauigkeit einer Form zum Ausstanzen eines Kerns eines Stators auftritt, würde ein Erfassungspositionsfehler mit einer ähnlichen Tendenz auftreten, solange dieselbe Form verwendet wird, und wobei eine Möglichkeit gering wäre, dass eine Wicklungsspezifikation zur Korrektur eines Fehlers in entsprechenden Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkelsen selbst bei Massenproduktionen geändert werden muss.
Somit wird ein Verfahren zur absichtlichen Erzeugung eines Fehlers durch die Periode des elektrischen Winkels von 360 Grad durch Entwickeln von Ausgangswicklungen betrachtet bzw. in Erwägung gezogen. Als erster Schritt dieser Betrachtung wird eine Ursache eines Fehlers der Periode des elektrischen Winkels von 360 Grad untersucht. Bei der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit der vorstehend erwähnten Struktur wird eine Position eines Rotors verändert, während ein Wechselstrom an einer Erregerwicklung anliegt, wobei eine Spannung, die in den Zwei-Phasenausgangswicklungen erzeugt wird, sich in einer Sinuswellenform ändert, und wobei dessen wechselnde Phasen um einen elektrischen Winkel von 90 Grad in den Zwei-Phasenausgangswicklungen voneinander abweichen. Wenn daher eine Amplitude der Spannung, welche in den Zwei-Phasenausgangswicklungen erzeugt wird, in jeder Rotorposition ausgegeben wird, kann man einen Graphen erhalten, wie er in 27 gezeigt ist. Jedoch bedeutet eine negative Amplitude einer Spannung einer Ausgangswicklung, dass eine Phase von der Zeit umgekehrt wird, wenn eine Amplitude positiv ist. Wenn auf diese Art und Weise die Spannung, welche in der Ausgangswicklung erzeugt wird, idealerweise in eine Sinuswellenform hinsichtlich eines Rotationswinkels geändert wird, wenn dessen Amplitude auf e1 und e2 in den Zwei-Phasenausgangswicklungen festgesetzt wird, werden die Ausgangswicklungen (1) bzw. (2) sowie ein Rotationswinkel (Maschinenwinkel) des Rotors auf φ [rad] festgesetzt, da die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit der vorstehend erwähnten Struktur einen Wellenmehrfachwinkel von 2 aufweist, wobei e1 und e2 wie folgt repräsentiert werden können: e1(φ) = sin2φ (1) e2(φ) = cos2φ (2)
Jedoch ist eine Amplitude einer Spannung mit einem Maximumwert von Eins standardisiert. Die Wellenform von 27 ist idealerweise eine Sinuswelle, jedoch enthält diese eine harmonische Komponente. Wenn die Amplituden der Spannungen der Zwei-Phasenausgangswicklungen in dem Fall, in welchem die q-te harmonische Amplitude αq in einer Änderung einer Amplitude einer Ausgangsspannung enthalten ist, auf e1' und e2' festgesetzt sind, können e1' und e2' wie folgt repräsentiert werden: e ' / 1(φ) = sin2φ + α_qsin2qφ (3) e ' / 2(φ) = cos2φ + α_qcos2qφ (4)
Hierbei wird angenommen, dass
wobei ein Erfassungspositionsfehler ε [rad] (elektrischer Winkel) aus den Gleichungen (1) bis (6) wie folgt festgelegt ist:
Wenn α_q << 1, kann die Gleichung (7) wie in der folgenden Gleichung angenähert werden: tan ε ≈ α_qsin2φ(1 – n) (8)
Wenn zusätzlich ε ausreichend gering ist, ergibt sich der folgende Ausdruck: tan ε ≈ ε
Somit erhält man den Erfassungspositionsfehler ε wie folgt: ε ≈ α_qsin2φ(1 – q) (9)
Aus der vorstehenden Beschreibung wird ein Verhältnis zwischen einer harmonischen Komponente, welche in einer Spannungsänderung einer Ausgangswicklung enthalten ist, und einer Periode eines Erfassungspositionsfehlers geklärt.
Es ist aus Gleichung (9) ersichtlich, dass, wenn q = 0, d. h., wenn eine Gleichstromkomponente in eine Spannungsänderung eine Ausgangswicklung enthalten ist, ein Fehler der Periode eines Maschinenwinkels von 180 Grad auftritt (die Periode eines elektrischen Winkels von 360 Grad). Daher ist anzunehmen, dass, wenn eine Wicklungsspezifikation verwendet wird, um eine Direktstromkomponente bzw. Gleichstromkomponente in einer Spannungsänderung eine Ausgangswicklung absichtlich zu enthalten, ein Erfassungspositionsfehler mit der Periode eines elektrischen Winkels von 360 Grad erzeugt werden kann, und wenn eine Phase dementsprechend festgelegt ist, kann ein Fehler aufgrund eines Bearbeitungsfehlers korrigiert werden, um einen Erfassungspositionsfehler zu reduzieren und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit zu realisieren. Jedoch sollte erwähnt werden, dass eine Direktstromkomponente bzw. Gleichstromkomponente, auf welche hierin Bezug genommen wird, eine Gleichstromkomponente gemäß dem Graphen von 27 ist und eine Komponente anzeigt, bei welcher eine Amplitude und eine Phase einer Ausgangsspannung unabhängig von einer Position eines Rotors konstant sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zum absichtlichen Enthalten einer Gleichstromkomponente in einer Spannungsänderung einer Ausgabewicklung betrachtet. Bei der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 gemäß der vorstehend beschriebenen Struktur ist eine Erregerwicklung konzentrisch um jeden Zahn gewickelt, um entgegengesetzte Polaritäten in angrenzenden Zähnen aufzuweisen. Somit wird eine magnetomotorische Kraft bzw. magnetische Spannung, welche durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der zu der Erregerwicklung fließt, zu einer Komponente von acht Polen, d. h. eine räumliche Komponente vierter Ordnung. Andererseits weist ein Rotor zwei herauskragende bzw. hervorstehende Pole auf und hat eine räumliche Komponente zweiter Ordnung als eine Komponente einer Permeanzpulsation. Daher kann es in Betracht gezogen werden, dass eine räumliche Ordnung eines magnetischen Flusses, welcher in einem Spalt erzeugt wird, Komponenten einer Summe und eines Unterschieds der Ordnung der magnetischen Spannung und der Ordnung der Permeanz aufweist, d. h. 4 + 2 = 6 und 4 – 2 = 2 als Hauptkomponenten, und wobei darüber hinaus eine hohe Quantität der Komponente enthalten ist, welche die gleiche wie die magnetische Spannung ist, welche durch den elektrischen Strom der Erregerwicklung erzeugt wird, d. h. die räumliche Komponente vierter Ordnung. Die Komponenten der Summe und des Unterschieds der Ordnung der magnetischen Spannung und der Ordnung der Permeanz, d. h. die räumliche Komponente zweiter Ordnung und die räumliche Komponente sechster Ordnung, werden in diesem Zusammenhang gemäß einer Position des Rotors verändert. Die Ausgangswicklung wirkt als Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels durch Aufnahme der Änderung des magnetischen Flusses. Andererseits verändert sich die gleiche Komponente wie die magnetische Spannung, welche durch den elektrischen Strom der Erregerwicklung erzeugt worden ist, d. h. die räumliche Komponente vierter Ordnung, gemäß einer Position des Rotors kaum und verbleibt im Wesentlichen konstant. Zusätzlich ist es bei einer Wicklungsspezifikation der Ausgangswicklung des herkömmlichen Beispiels, welches in 25 gezeigt ist, aus 30 ersichtlich, dass diese Änderung des magnetischen Flusses der räumlichen Komponente vierter Ordnung nicht aufgenommen bzw. erfasst wird. 30 zeigt schematisch die Ausgangswicklungen 104-1, 104-3, 104-5 und 104-7 (im Nachfolgenden werden diese kollektiv als Ausgangswicklung 104 bezeichnet) und einen magnetischen Fluss 108 der räumlichen vierten Ordnung des herkömmlichen Beispiels. Es ist ersichtlich, dass jeder der Zähne, welche um die Ausgangswicklungen 104 gewickelt sind, eine Struktur aufweist, bei welcher die Anzahl der Windungen ebenso N beträgt und sich die Polaritäten ändern, wobei eine Summe der Flussverbindungen der vier Zähen 101 Null wird. Wenn jedoch die Anzahl der Windungen jedes Zahnes 101 leicht verändert wird, oder wenn eine Wicklung einer geringen Anzahl von Windungen auf einen angrenzenden Zahn 101 angewendet wird, welcher um die Wicklung 104 nicht gewickelt ist, kann ein magnetischer Fluss 106 einer räumlichen Komponente vierter Ordnung aufgenommen werden, und dieser magnetische Fluss 108 ändert sich gemäß einer Position des Rotors 103 nicht. Somit wird es als Folge möglich, eine Gleichstromkomponente in eine Spannungsänderung der Ausgangswicklungen 104 aufzunehmen. Das heißt, wenn die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels die Zähne, bei denen die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen 104 N ist und durch einen oder beide der Zähen 101 gebildet wird, bei welchen die Anzahl der Windungen N + m ist (es wird angenommen, dass N und m positive ganze Zahlen sind, und N > m ist) und die Zähne 101 umfasst, bei denen die Anzahl der Windungen m ist, wird es möglich, eine Gleichstromkomponente in einer Spannungsänderung der Ausgangswicklungen 104 aufzunehmen, und wobei ein Erfassungspositionsfehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 360 Grad absichtlich erzeugt werden kann. Wenn dieser Fehler einen Erfassungspositionsfehler aufgrund eines Bearbeitungsfehlers korrigiert, kann der Erfassungspositionsfehler reduziert werden, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit kann realisiert werden.
Somit weist diese Ausführungsform die Struktur der Wicklungsspezifikation auf, welche in den 1 bis 2 gezeigt ist. Hier ist N = 158 und m = 1. 3 zeigt Wellenformen von Erfassungspositionsfehlern. In 3 ist eine Wellenform eines Erfassungspositionsfehlers zur Zeit der herkömmlichen Wicklungsspezifikation von 24 gezeigt (die gestrichelte Linie der Figur) und eine Wellenform im Fall der Wicklungsspezifikation von 1 gezeigt (durchgezogene Linie der Figur). Bei der Wicklungsspezifikation des herkömmlichen Beispiels ist ein Erfassungspositionsfehler gering, wie bereits durch die durchgezogene Linie von 31 gezeigt, und eine ausreichende Genauigkeit wird im idealen Zustand erreicht. Jedoch wird ein Fehler eines Maschinenwinkels von 180 Grad tatsächlich beobachtet, d. h. ein elektrischer Winkel von 360 Grad. Bei der Wicklungsspezifikation der vorliegenden Erfindung wird dieser Fehler reduziert, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit kann realisiert werden.
Das Beispiel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist hier gezeigt, welches durch sowohl die Zähne, bei welchen die Anzahl der Windungen N + m (es ist angenommen, dass N und m positive ganze Zahlen sind und N > m) als auch die Zähne gebildet ist, bei denen die Anzahl der Windungen m ist. Selbst wenn jedoch die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels durch einen der Zähne gebildet wird, kann ein Fehler eines elektrischen Winkels von 360 Grad absichtlich erzeugt werden, wie bereits beschrieben. Folglich kann ein Fehler eines elektrischen Winkels von 360 Grad korrigiert werden, welcher durch einen Bearbeitungsfehler erzeugt worden ist. Obwohl ferner die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 in dieser Ausführungsform beschrieben worden ist, kann die gleiche Beschreibung auf Vorrichtungen mit Wellenmehrfachwinkeln von 1 oder 3 oder mehreren angewendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, welche aus einem Stator, der mit einer Erregerwicklung von einer Phase und Zwei-Phasenausgangswicklungen versehen ist, und einem Rotor mit herauskragenden bzw. vorstehenden Polen besteht, die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels die Struktur auf, bei welcher die Zwei-Phasenausgangswicklungen um eine Vielzahl von Zähnen des Stators gewickelt ist, und wobei Zähne vorgesehen sind, bei welchen die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung N ist, und durch einen oder beide Zähne, bei welchen die Anzahl der Wicklungen N ± m ist (es wird angenommen, dass N und m positive ganze Zahlen sind und N > m) und/oder Zähne gebildet wird, bei denen die Anzahl der Windungen m ist. Somit liegt ein Effekt vor, dass ein Erfassungspositionsfehler, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, reduziert und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Zweite Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ändern der Anzahl von Ausgangswicklungen von derjenigen des herkömmlichen Beispiels von 24 beschrieben, wobei somit ein Erfassungspositionsfehler korrigiert wird, welcher durch einen Bearbeitungsfehler erzeugt wird. Eine Wicklungsspezifikation ist entwickelt worden, und eine Gleichstromkomponente ist in einer Spannungsänderung der Ausgangswicklung enthalten, wobei eine Wicklung zum absichtlichen Erzeugen eines Erfassungspositionsfehlers von 360 Grad vorgenommen wird, um einen Fehler zu korrigieren, welcher durch einen Bearbeitungsfehler erzeugt worden ist.
Bei dieser Ausführungsform wird es beschrieben werden, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels derart gebildet wird, dass die Ausgangswicklungen um eine Vielzahl von Zähnen eines Stators gewickelt werden, und wobei eine bestimmte Einphasenausgangswicklung gewickelt ist, um eine Anzahl von Windungen in jedem der Zähne von N ± m, 0, N und 0 aufzuweisen (es wird angenommen, dass N und m positive ganze Zahlen sind und N > m), oder wobei diese Muster der Anzahl der Windungen wiederholt wird und eine andere Einphasenausgangswicklung gewickelt ist, um die Anzahl der Windungen in jedem der Zähne von 0, N, 0 und N aufzuweisen oder diese Muster der Anzahl von Windungen zu wiederholen, wobei eine Phase und eine Amplitude eines absichtlich erzeugten Fehlers bis zu einem gewissen Grad kontrolliert bzw. gesteuert werden kann, und ein Positionserfassungsfehler effizienter reduziert werden kann. Ferner wird ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 in Betracht gezogen, wie in der ersten Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm, welches eine Struktur der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels dieser Ausführungsform darstellt. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 11 Zähne, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Stator mit acht Zähnen 11. Die Bezugszeichen 1 bis 8 in der Figur zeigen die Zähnezahl der Zähne 11 an. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Rotor, und das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Drehwelle des Rotors 13. Die Bezugszeichen 24a, 24b, 24c und 24d sind Ausgangswicklungen, welche um die Zähne 11 gewickelt sind. Die Ausgangswicklungen 24a und 24b gehören zu einer Ausgangswicklung 1 (in der Figur durch das Bezugszeichen 21 bezeichnet), und Ausgangswicklungen 24c und 24d gehören zu einer Ausgangswicklung 2 (in der Figur als Bezugszeichen 22 bezeichnet). In der Ausgangswicklung 1 ist die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung 24a N (Ausgangswicklung, welche um den Zahn mit den Zähnenummern 3 und 7 gewickelt ist), und die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung 24b ist N + m (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit der Zahnzahl 1 und 5 gewickelt ist). Zusätzlich ist bei der Ausgangswicklung 2 die Anzahl der Windungen von sowohl der Ausgangswicklung 24c (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 2 und 6 gewickelt ist) und der Ausgangswicklung 24d N (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit der Zahnnummer 4 und 8 gewickelt ist). 5 zeigt die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung in jedem der Zähne von 4.
In der ersten Ausführungsform wird es beschrieben, dass es möglich wird, einen magnetischen Fluss der räumlichen vierten Ordnung aufzunehmen bzw. zu erfassen, und wobei eine Gleichstromkomponente zu einer Änderung in eine Spannung der Ausgangswicklung hinzu addiert werden kann, um absichtlich einen Fehler des elektrischen Winkels von 360 Grad durch Verändern der Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung von jedem Zahn zu erzeugen. Somit werden die Änderungen einer Amplitude einer Spannung von jeder Ausgangswicklung gemäß einer Position des Rotors wie folgt jeweils berechnet (standardisierter Wert): e ' / 1(φ) = sin2φ + α₁ (10) e ' / 2(φ) = cos2φ + α₂ (11)
Hier sind α₁ und α₂ Gleichstromkomponenten von Spannungsänderungen der Ausgangswicklung (1) bzw. der Ausgangswicklung (2), und absolute Werte von diesen sind ausreichend geringer als 1. Wenn ein Erfassungspositionsfehler ε [rad] (elektrischer Winkel) festgestellt worden ist, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann dieser wie folgt angenähert werden:
angenommen, dass
Aus den Gleichungen (12) und (13) ist es ersichtlich, dass ein Fehler effektiv durch ein angemessenes Festsetzen von α₁ und α₂ reduziert werden kann.
Die Ausgangswicklungen dieser Ausführungsform werden mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. Es ist zu erwähnen, dass, obwohl eine Erregerwicklung nicht in den Figuren gezeigt ist, diese tatsächlich um jeden Zahn konzentrisch gewickelt ist, um entgegengesetzte Polaritäten in angrenzenden Zähnen aufzuweisen, wie in der ersten Ausführungsform. Wie vorstehend beschrieben, ist die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) 21 N ± m, 0, N, 0, N ± m, 0, N und 0 in der Reihenfolge der Zahnnummern 1 bis 8, und wobei die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) 22 0, N, 0, N, 0, N, 0 und N in der Reihenfolge der Zahnnummern 1 bis 8 ist. Wie gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben, wechseln sich zusätzlich die Polaritäten der Wicklungen ab. Die Ausgangswicklung (1) 21 ist derart gewickelt, dass sie die gleiche Polarität in jedem Zahn mit den Zahnnummern 1 und 5 und in dem Zahn mit den Zahnnummern 3 und 7 aufweist, und entgegengesetzte Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 3 aufweist. Die Ausgangswicklung (2) 22 ist derart gewickelt, dass sie die gleiche Polarität in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 6 und in den Zähnen mit den Zahnnummern 4 und 8 aufweist, und entgegengesetzte Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 4 aufweist.
Ferner repräsentiert 5 eine Tabelle für den Fall, in welchem die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) 21 von derjenigen des herkömmlichen Beispiels verändert ist, und wobei die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) 22 gleich zu derjenigen des herkömmlichen Beispiels ist, d. h. dass die Wicklungsspezifikation von 4 vorliegt. 6 zeigt den entgegengesetzten Fall, d. h. den Fall, in welchem die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen (2) 22 gegenüber derjenigen des herkömmlichen Beispiels verändert ist, und wobei die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) 21 gleich derjenigen des herkömmlichen Beispiels ist. Jedoch wirkt in der Ausgangswicklung (1) 21 von 5 das Doppelzeichen der Anzahl von Windungen in der gleichen Reihenfolge, wie gemäß der Zähnezahlen 1 und 5 beschrieben, und wobei in der Ausgangswicklung (2) 22 von 6 das Doppelzeichen der Anzahl der Windungen in der gleichen Reihenfolge wirkt, wie bei den Zähnezahlen 2 und 6. Durch Festlegen der Anzahl der Windungen auf diese Art und Weise wird es möglich, α₁ und α₂ der Gleichung (12) positiv, negativ und gleich Null zu verändern. Dies liegt daran, dass, wenn die Wicklungsspezifikation der Ausgangswicklung (1) 21 und der Ausgangswicklung (2) 22 die gleichen wie bei dem herkömmlichen Beispiel sind, α₁ und α₂ Null werden, und wenn die Zähne mit der Anzahl von Windungen N ± m enthalten sind, die Ausgangswicklung eine räumliche Komponente vierter Ordnung aufnimmt bzw. erfasst, wie bereits beschrieben, und α₁ und α₂ nicht länger Null sind, und wobei deren Zeichen in Abhängigkeit von entweder der Anzahl der Windungen umgekehrt werden, welche auf N + m oder N – m festgelegt werden. Die Umkehr der Zeichnung wird im Einzelnen beschrieben werden. Eine Phase von Flussverbindungen von räumlichen Komponenten vierter Ordnung, welche Gleichstromkomponenten sind, die bei einer Amplitudenveränderung der Ausgangswicklung erscheinen, ist in Abhängigkeit der Anzahl von Windungen umgekehrt, welche auf N + m oder N – m festgelegt sind. Die Zeichen von α₁ und α₂ verändern sich gemäß dieser Umkehr der Phasen.
Es hat sich erwiesen, dass α₁ und α₂ auf Null festgelegt werden können, und Zeichen davon durch Entwickeln von Windungsspezifikationen, wie vorstehend beschrieben, verändert werden können. Nachdem α₁ durch die Wicklung von 5 Null geworden ist, kann darüber hinaus α₂ positiv oder negativ festgelegt werden, und nachdem α₁ auf Null gesetzt worden ist, kann α₂ positiv oder negativ festgelegt werden. 7 zeigt Kombinationen von α₁ und α₂, welche in dieser Ausführungsform möglich sind, und wobei Gleichung (12) berücksichtigt, d. h. dass die Phasen eines Erfassungspositionsfehlers absichtlich erzeugt werden. Es ist aus 7 ersichtlich, dass die Phasen eines Erfassungspositionsfehlers auf ein Intervall eines elektrischen Winkels von 90 Grad festgelegt werden können. zusätzlich ist ersichtlich, dass ein Betrag eines magnetischen Flusses einer räumlichen Komponente vierter Ordnung durch die Ausgangswicklungen aufgenommen wird, dieser durch Verändern von m justiert werden kann, und wobei eine Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers ebenso gesteuert werden kann, welcher absichtlich zu erzeugen ist. Wenn jedoch N nicht größer als m ist, ist es nicht angemessen, da eine Amplitude eines absichtlich zu erzeugenden Fehlers zu groß wird. Es ist darüber hinaus nicht nötig zu erwähnen, dass selbst, wenn die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 5 auf N verändert wird und die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit Zahnnummern 3 und 7 auf N ± m in der Ausgangswicklung (1) von 5 verändert wird, und wobei die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 6 auf N verändert wird und die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 4 und 6 auf N ± m in der Ausgangswicklung (2) von 6 geändert wird, die Ausgangswicklung (1) und die Ausgangswicklung (2) gleich sind.
Aus der vorstehenden Betrachtung kann eine Amplitude und eine Phase eines Erfassungspositionsfehlers, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, vorgenommen werden, wobei ein durch einen Bearbeitungsfehler erzeugter Erfassungspositionsfehler durch Auswählen der geeigneten Anzahl von Windungen korrigiert werden kann, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Als ein spezifisches Beispiel zeigt 6 eine Wicklungsspezifikation für den Fall, bei dem N = 158 und m = 2 und + als ein Zeichen ausgewählt ist. 8 zeigt einen Erfassungspositionsfehler für den Fall, in welchem die Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators verschlechtert ist. Die horizontale Achse zeigt eine Position eines Rotors hinsichtlich eines Maschinenwinkels, und die vertikale Achse zeigt einen Erfassungspositionsfehler hinsichtlich eines Maschinenwinkels an. Wie bei dem herkömmlichen Beispiel, wenn die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen wie bei dem herkömmlichen Beispiel festgelegt ist (gestrichelte Linie in der Figur), wird ein Erfassungspositionsfehler mit einer Periode eines Maschinenwinkels von 180 Grad erzeugt, d. h. ein elektrischer Winkel von 360 Grad. Die Amplitude des Fehlers ist in etwa 0,7 Grad im Maschinenwinkel. Wenn andererseits die Anzahl der Windungen derart festgelegt ist, wie gemäß dieser Ausführungsform (durchgezogene Linie der Figur), ist es ersichtlich, dass der Fehler reduziert werden kann und dessen Amplitude in etwa 0,4 Grad wird, und wobei die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels als diejenige wirkt, welche eine höhere Genauigkeit gegenüber dem herkömmlichen Beispiel aufweist. Da in dieser Ausführungsform zusätzlich die Anzahl der Windungen die gleiche in den Ausgangswicklungen der gegenüberliegenden Zähne ist, tritt ein Effekt auf, dass die Vorrichtung wahrscheinlich nicht durch die Exzentrizität des Rotors beeinträchtigt wird.
Obwohl das Beispiel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 in dieser Ausführungsform beschrieben ist, da die Anzahl der Zähne vier ist, wenn ein Wellenmehrfachwinkel 1 ist, ist es ausreichend, die Anzahl der Windungen beispielsweise auf N ± m, 0, N, und 0 in der Reihenfolge der Zähnenummern 1, 2, 3 und 4 in der Ausgangswicklung (1) und 0, N, 0 und N in der Reihenfolge der Zähnenummern 1 bis 4 in der Ausgangswicklung (2) festzusetzen. Des weiteren trifft das gleiche für die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 3 oder mehr zu. Beispielsweise ist es ausreichend, beispielsweise die Muster der Anzahl der Windungen von N ± m, 0, N und 0 durch den Wellenmehrfachwinkel in der Ausgangswicklung (1) zu wiederholen und das Muster der Anzahl der Windungen von 0, N, 0 und N durch den Wellenmehrfachwinkel in der Ausgangswicklung (2) zu wiederholen.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, welche aus einem Stator, der mit einer Erregerwicklung von einer Phase und Zwei-Phasenausgangswicklungen versehen ist, und einem Rotor mit herauskragenden Polen besteht, die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einer Struktur aufgebaut, bei welcher die Zwei-Phasenausgangswicklungen um eine Vielzahl von Zähnen des Stators gewickelt sind, und wobei eine bestimmte Einphasenausgangswicklung derart gewickelt ist, dass die Anzahl der Wicklungen in jedem Zahn N ± m, 0, N und 0 ist (es wird angenommen, dass N und m positive ganze Zahlen sind und N > m), oder dass dieses Muster durch die Anzahl der Windungen wiederholt wird, und wobei eine andere Einphasenausgangswicklung derart gewickelt ist, dass die Anzahl der Windungen in jedem Zahn 0, N, 0 und N ist oder dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird. Somit tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, reduziert werden kann, und da eine Phase eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, um diesen Erfassungspositionsfehler zu korrigieren, bei einem Intervall eines elektrischen Winkels von 90 Grad kontrolliert bzw. gesteuert werden kann und dessen Amplitude ebenso gesteuert werden kann, kann ein Erfassungspositionsfehler effektiv reduziert werden, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit kann realisiert werden.
Dritte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform wird beschrieben werden, dass ein Erfassungspositionsfehler effektiver gegenüber der zweiten Ausführungsform durch Bildung einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels reduziert werden kann, welche eine Struktur aufweist, bei der die Ausgangswicklungen um eine Vielzahl von Zähnen eines Stators gewickelt sind, wobei eine bestimmte Einphasenausgangswicklung derart gewickelt ist, dass die Anzahl der Windungen von jedem Zahn N, 0, N + m₁ und 0 wird (es wird angenommen, dass N und m₁ positive ganze Zahlen sind und N > m₁), oder dass dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und wobei eine andere Einphasenausgangswicklung derart gewickelt ist, dass die Anzahl der Windungen in jedem Zahn 0, N ± m₂, 0 und N wird (es wird angenommen, dass N und m₂ positive ganze Zahlen sind und N > m₂), oder dass dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird.
In der zweiten Ausführungsform ist beschrieben, dass mit dem Ziel der Korrigierung eines Erfassungspositionsfehlers, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, eine Phase eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, durch die Einheit eines elektrischen Winkels von 90 Grad verändert werden kann, und wobei es selbst möglich ist, dessen Amplitude zu steuern. Wenn jedoch α₁ und α₂ auf willkürliche Werte der Gleichungen (12) und (13) justiert werden können, kann eine Phase und eine Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, willkürlich gesteuert werden, und wobei ein Erfassungspositionsfehler effektiver reduziert werden kann.
9 ist ein Diagramm, welches eine Struktur der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels in dieser Ausführungsform darstellt. In 9 bezeichnet das Bezugszeichen 12 einen Stator mit acht Zähnen 11. Die Zahlen 1 bis 8 in der Figur zeigen die Zahnnummern der Zähne 11 an. Die Bezugszeichen 34a, 34b, 34c und 34d sind Ausgangswicklungen, welche um die Zähne 11 gewickelt sind. Die Ausgangswicklungen 34a und 34b gehören zu einer Ausgangswicklung (1) (welche durch das Bezugszeichen 21 in der Figur bezeichnet wird), und die Ausgangswicklungen 34c und 34d gehören zu einer Ausgangswicklung (2) (welche durch das Bezugszeichen 22 in der Figur bezeichnet wird). Bei der Ausgangswicklung (1) ist die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung 34a (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 3 und 7 gewickelt ist) N ± m₁, und die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung 34b (Ausgangswicklung, um welche die Zähne mit den Zahnnummern 1 und 5 gewickelt sind) ist N. Zusätzlich ist bei der Ausgangswicklung (2) die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung 34c (Ausgangswicklungen, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 2 und 6 gewickelt sind) N ± m₂, und die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung 34d (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 4 und 8 gewickelt ist) ist N. 10 zeigt die Anzahl von Windungen der Ausgangswicklung in jedem Zahn von 9.
Diese Ausführungsform wird mit Bezug auf 9 und 10 beschrieben. Nochmals wird eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Mehrfachwinkel von 2 wie in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben. In 9 ist eine Erregerwicklung nicht gezeigt, jedoch ist diese tatsächlich um jeden Zahn konzentrisch gewickelt, um entgegengesetzte Prioritäten in angrenzenden Zähnen wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform aufzuweisen. Hier ist die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) 21 N, 0, N ± m₁, 0, N, 0, N ± m₁ und 0 in der Reihenfolge der Zahnnummern 1 bis 8. Die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) 22 ist 0, N ± m₂, 0, N, 0, N ± m₂, 0 und N in der Reihenfolge der Zahnnummern 1 bis 8. Es wird hier angenommen, dass N, m₁ und m₂ positive ganze Zahlen sind und N > m₁ und N > m₂. Zusätzlich wechseln sich wie bei der ersten Ausführungsform die Polaritäten der Wicklungen ab. Die Ausgangswicklung (1) 21 ist derart gewickelt, dass sie gleiche Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 5 und in den Zähnen mit den Zahnnummern 3 und 7 aufweist, und wobei entgegengesetzte Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 3 vorliegen. Die Ausgangswicklung (2) 22 ist derart gewickelt, dass sie gleiche Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 6 und in den Zähnen mit den Zahnnummern 4 und 8 aufweist, und wobei entgegengesetzte Polaritäten in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 4 vorliegen. Es ist ersichtlich, wie die Ausgangswicklungen, welche auf diese Art und Weise gebildet werden, einen magnetischen Fluss einer räumlichen Komponente vierter Ordnung aufnehmen. Ein magnetischer Fluss einer räumlichen Komponente vierter Ordnung, welche die Anzahl der Windungen von einer der Wicklung in jedem Zahn verbindet, ist festgelegt, dass diese ϕ wird. Daraufhin kann der magnetische Fluss einer räumlichen Komponente vierter Ordnung, welche mit der Ausgangswicklung (1) verbunden ist, wie folgt repräsentiert werden, wenn die Polaritäten der Anzahl von Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 1, 3, 5 und 7 berücksichtigt werden: Φ(N ± m₁ – N + N ± m₁ – N) = ±m₁Φ (14)
Hinsichtlich der Ausgangswicklung (2) wird der magnetische Fluss einer räumlichen Komponente vierter Ordnung wie folgt repräsentiert, wenn die Anzahl von Windungen und Polaritäten in ähnlicher Art und Weise in Betracht gezogen werden und die Tatsache berücksichtigt wird, dass die Phasen des magnetischen Flusses einer räumlichen Komponente vierter Ordnung gegenüber denjenigen der Positionen der Zähne umgekehrt sind, welche um die Ausgangswicklung (1) gewickelt sind: –Φ(N ± m₂ – N + N ± m₂ – N) = ∓m₂Φ (15)
Obwohl jedoch das Doppelzeichen in der gleichen Reihenfolge wie bei jeder der Gleichungen (14) und (15) angewendet wird, wird es nicht immer in der gleichen Reihenfolge wie bei den beiden Gleichungen (14) und (15) angenommen. Da dieser magnetische Fluss und eine Gleichstromkomponente, welche in einer Amplitudenveränderung einer Spannung der Ausgangswicklungen enthalten ist, ein proportionales Verhältnis aufweisen, d. h. dass die rechten Seiten der Gleichungen (10) und (11) und α₁ und α₂ jeweils ein proportionales Verhältnis aufweisen, kann Gleichung (13) wie folgt umgeschrieben werden:
Jedoch wird das Doppelzeichen in der gleichen Reihenfolge wie geschrieben. Es ist aus dieser Gleichung ersichtlich, dass eine Phase eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, um einen Erfassungspositionsfehler zu korrigieren, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, durch Verändern von m₁ und m₂ willkürlich festgelegt werden kann. Darüber hinaus wird eine Amplitude des Erfassungspositionsfehlers berechnet, wie aus Gleichung (12) folgt:
Somit ist es ersichtlich, dass eine Amplitude des Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, willkürlich festgelegt werden kann. Obwohl das Beispiel, in welchem die Anzahl der Windungen der Zähne mit den Zahnnummern 1 und 5 auf N ± m₁ festzulegen ist und die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 3 und 7 auf N festzulegen ist, wie in 9 gezeigt, kann die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 und 5 auf N festgesetzt werden, und die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 3 und 7 kann auf N ± m₁ festgelegt werden. Dies liegt daran, dass der magnetische Fluss einer räumlichen Komponente vierter Ordnung, welche die Ausgangswicklung (1) 21 verbindet, die gleiche ist, wobei sowohl eine Phase als auch eine Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, justiert werden kann, wobei lediglich ein Zeichen auf der rechten Seite der Gleichung (14) umgekehrt ist. In ähnlicher Art und Weise trifft das gleiche auf die zweite Ausgangswicklung (2) 22 zu, und wobei die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 6 N sein kann und die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 4 und 8 N ± m₂ sein kann. Da eine Phase und eine Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, mit dem Ziel zum Korrigieren eines Erfassungspositionsfehlers, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, willkürlich festgelegt werden kann, ist es ersichtlich, dass das Korrigieren eines Fehlers effizienter vorgenommen und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Als ein spezifisches Beispiel dieser Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, ist es möglich, den Erfassungspositionsfehler zu reduzieren, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, in dem Fall, in welchem N = 158, m₁ = 1, m₂ = 1 und + ist als ein Zeichen in jedem Fall ausgewählt. 11 zeigt einen Erfassungspositionsfehler für den Fall, in welchem die Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators verschlechtert ist. Die horizontale Achse zeigt eine Position eines Rotors hinsichtlich eines Maschinenwinkels, und die vertikale Achse zeigt einen Erfassungspositionsfehler hinsichtlich eines Maschinenwinkels an. Wie bei dem herkömmlichen Beispiel, wenn die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen wie in dem herkömmlichen Beispiel festgelegt ist (gestrichelte Linie in der Figur), wird ein Erfassungspositionsfehler mit einer Periode eines Maschinenwinkels von 180 Grad erzeugt, d. h. einem elektrischen Winkel von 360 Grad. Eine Amplitude des Fehlers beträgt in etwa 0,6 Grad im Maschinenwinkel. Wenn andererseits die Anzahl der Windungen in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform festgelegt ist (durchgezogene Linie der Figur), ist es ersichtlich, dass der Fehler beträchtlich reduziert werden kann und dessen Amplitude in etwa 0,2 Grad wird, und wobei die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit höherer Genauigkeit als diejenige des herkömmlichen Beispiels arbeitet. Da in dieser Ausführungsform zusätzlich die Anzahl der Windungen die gleiche in den Ausgangswicklungen der gegenüberliegenden Zähne ist, tritt ein Effekt auf, dass die Vorrichtung wahrscheinlich nicht durch die Exzentrizität des Rotors beeinträchtigt wird.
Obwohl das Beispiel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 in dieser Ausführungsform beschrieben ist, da die Anzahl der Zähne Vier ist, wenn ein Wellenmehrwinkel 1 ist, ist es ausreichend, die Anzahl der Windungen beispielsweise auf N ± m₁, 0, N und 0 in der Reihenfolge der Zahnnummern 1 bis 4 in der Ausgangswicklung (1) festzusetzen und 0, N ± m₂, 0 und N in der Reihenfolge der Zahnnummern 1 bis 4 in der Ausgangswicklung (2) festzusetzen. Das gleiche trifft zusätzlich für die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 3 oder mehr zu. Beispielsweise ist es ausreichend, z. B. das Muster von N + m₁, 0, N und 0 durch den Wellenmehrfachwinkel in der Ausgangswicklung (1) zu wiederholen und das Muster von 0, N ± m₁, 0 und N durch den Wellenmehrfachwinkel in der Ausgangswicklung (2) zu wiederholen. Wie bei der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels beschrieben, welche aus einem Stator, der mit einer Erregerwicklung von einer Phase und zwei Phasenausgangswicklungen versehen ist, und einem Rotor mit herauskragenden Polen besteht, weist die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels eine Struktur auf, bei der die Zweiphasenausgangswicklungen um eine Mehrzahl von Zähnen des Stators gewickelt sind, und wobei eine bestimmte Einphasenausgangswicklung derart gewickelt ist, dass die Anzahl von Windungen in jedem Zahn N ± m₁, 0, N und 0 ist (es wird angenommen, dass N und m₁ positive ganze Zahlen sind und N > m₁), oder dass dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und wobei eine andere Einphasenausgangswicklung derart gewickelt ist, dass die Anzahl der Windungen in jedem Zahn 0, N ± m₂, 0 und N ist (es wird angenommen, dass N und m₂ positive ganze Zahlen sind und N > m₂), oder dass dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird. Somit tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, reduziert werden kann, da eine Phase eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, um diesen Erfassungspositionsfehler zu korrigieren, willkürlich gesteuert werden kann, und dessen Amplitude ebenso willkürlich gesteuert werden kann, kann ein Erfassungspositionsfehler effektiv reduziert werden, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit kann realisiert werden.
Vierte Ausführungsform
12 ist ein Diagramm, welches eine Struktur einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels in dieser Ausführungsform darstellt. In 12 bezeichnet das Bezugszeichen 11 Zähne, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Statur mit acht Zähnen 11. Die Nummern 1 bis 8 in der Figur zeigen die Zahnnummern der Zähne 11 an. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Rotor, das Bezugszeichen 44a bezeichnet die Ausgangswicklung (1), welche um die Zähne 11 gewickelt ist, und das Bezugszeichen 44b und 44c bezeichnen die Ausgangswicklungen (2), welche um die Zähne 11 gewickelt sind. Die Anzahl von Windungen ist N für die Ausgangswicklung 44a (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 1, 3, 5 und 7 gewickelt ist), und N ± m für die Ausgangswicklung 44b (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 2 und 4 gewickelt ist), und N für die Ausgangswicklung 44c (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 6 und 8 gewickelt ist). Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 15 eine Drehwelle des Rotors 13. 13 zeigt zusammen die Anzahl von Windungen der Ausgangswicklungen in den entsprechenden Zähnen, wie vorstehend beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wird unter Verwendung des herkömmlichen Beispiels in 24 und wie in dem vorstehend erwähnten Graphen von 26 gezeigt, wenn der innere Durchmesser des Stators, welcher von einer vollständigen runden Form um 20 μm abweicht und in eine rechteckige Form verformt wird, eine Periode eines Erfassungspositionsfehlers ein Maschinenwinkel von 90 Grad, was 180 Grad hinsichtlich eines elektrischen Winkels entspricht. Jedoch wird ein elektrischer Winkel festgelegt, um einen Wert anzunehmen, welchen man durch Multiplizieren eines Maschinenwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel erhält. Zusätzlich verändert sich eine Phase dieses Fehlers mit der Periode des elektrischen Winkels von 180 Grad in verschiedene Werte in Abhängigkeit eines Bearbeitungsfehlers, welcher aufgetreten ist.
Wenn man diese Ausführungsform aus dem Vorstehenden beurteilt, wäre ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch einen Bearbeitungsfehler einer Form eines Stators verursacht wird, dazu fähig, reduziert zu werden, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit kann realisiert werden, wenn eine Spezifikation der Ausgangswicklungen von dem herkömmlichen Beispiel entwickelt wird, welches in 24 gezeigt ist, und derart verändert wird, dass ein Fehler mit der Periode des elektrischen Winkels von 180 Grad korrigiert werden kann. Wie bei der ersten Ausführungsform vorstehend beschrieben, wenn ein derartiger Fehler aufgrund der Genauigkeit einer Form zum Ausstanzen eines Kerns eines Stators auftritt, würde zusätzlich ein Erfassungspositionsfehler mit ähnlicher Tendenz solange auftreten, solange die gleiche Form verwendet wird, und eine Möglichkeit wäre gering, dass eine Wicklungsspezifikation zum Korrigieren eines Fehlers in entsprechenden Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkelsen bei der Massenproduktion geändert werden muss.
Somit wird ein Verfahren zum absichtlichen Erzeugen eines Fehlers der Periode des elektrischen Winkels von 180 Grad durch Entwickeln von Ausgangswicklungen in Betracht gezogen. Als erster Schritt der Betrachtung wird die Ursache eines Fehlers der Periode des elektrischen Winkels von 180 Grad untersucht. Bei der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels der vorstehend erwähnten Struktur verändert sich eine Position eines Rotors, während ein Wechselstrom auf eine Erregerwicklung aufgebracht wird, wobei sich eine Spannung, die in der Zweiphasenausgangswicklung erzeugt wird, in eine Sinuswellenform verändert, und wobei dessen ändernde Phasen um einen elektrischen Winkel von 90 Grad in den Zweiphasenausgangswicklungen voneinander abweichen. Wenn daher eine Amplitude der Spannung, welche in den Zweiphasenausgangswicklungen erzeugt wird, in jeder Rotorposition ausgewertet wird, erhält man einen Graphen, wie in 27 gezeigt. Jedoch bedeutet eine negative Amplitude einer Spannung einer Ausgangswicklung, dass eine Phase von der Zeit umgekehrt ist, wenn eine Amplitude positiv ist. Wenn auf diese Art und Weise die Spannung, die in der Ausgangswicklung erzeugt wird, sich idealerweise in eine Sinuswellenform hinsichtlich eines Rotationswinkels ändert, wenn dessen Amplitude auf e1 und e2 in den Zweiphasenausgangswicklungen festgelegt wird bzw. festzusetzen ist, d. h. dass die Ausgangswicklungen (1) bzw. (2) und ein Drehwinkel (Maschinenwinkel) des Rotors auf φ [rad] festzusetzen ist, da die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels der vorstehend erwähnten Struktur einen Wellenmehrfachwinke 1 von 2 aufweist, wobei e1 und e2 wie folgt repräsentiert werden können: e₁(φ) = sin2φ (18) e₂(φ) = cos2φ (19)
Jedoch ist eine Amplitude der Spannung mit einem Maximalwert von Eins standardisiert. Die Wellenform von 27 ist idealerweise eine Sinuswelle mit der gleichen Amplitude, jedoch unterscheidet sich tatsächlich in einigen Fällen die Amplitude in den Zweiphasenausgangswicklungen aufgrund eines Bearbeitungsfehlers oder ähnlichem. Wenn sich die Amplituden der Ausgangsspannungen in der Art und Weise unterscheiden, dass die Amplitude der Ausgangsspannung der Ausgangswicklung (2) (1 + α) mal so groß wird wie die Ausgangsspannung (1), wobei vorgesehen ist, dass die Amplituden der Spannungen der Zweiphasenausgangswicklungen auf e1' und e2' festgelegt werden, wobei e1' und e2' wie folgt repräsentiert werden können: e ' / 1(φ) = sin2φ (20) e ' / 2(φ) = (1 + α)cos2φ (2.1)
Hierbei wird angenommen, dass
wobei ein Erfassungspositionsfehler ε [rad] (elektrischer Winkel) festgestellt worden ist, wie sich aus den Gleichungen (18) bis (23) ergibt:
Wenn α << 1, kann die Gleichung (24) der folgenden Gleichung angenähert werden: tan ε ≈ α / 2sin4φ (25)
Wenn zusätzlich ε ausreichend gering ist, ergibt sich die folgende Gleichung: tanε ≈ ε
Somit erhält man den Erfassungspositionsfehler ε wie folgt: ε ≈ α / 2sin 4φ (26)
Aus der vorstehend erwähnten Betrachtung werden die Effekte eines Unterschieds der Spannungen der Zweiphasenausgangswicklungen auf einen Erfassungspositionsfehler geklärt.
Bei beispielsweise der herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels in 24, wenn der innere Durchmesser des Stators 102 in eine rechteckige Form verformt wird, nähern sich die Zähen 101, welche um die Einphasenausgangswicklung gewunden sind, der Rotorseite 103 an, und die Zähne 101, welche um die Ausgangswicklung der anderen Phase gewickelt sind, trennen den Rotor 103. Somit tritt ein Unterschied in dem magnetischen Fluss auf, welcher die Zweiphasenausgangswicklungen verbindet. Daher tritt ein Fehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad unter Beurteilung der vorstehend erwähnten Betrachtung auf. Wenn jedoch die Wicklungen derart entwickelt werden, dass ein Unterschied in den Spannungen der Zweiphasenausgangswicklungen in einem idealen Zustand ohne eines Bearbeitungsfehlers auftritt, kann ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch Deformation eines inneren Durchmessers verursacht wird, korrigiert und reduziert werden.
Im Folgenden wird eine Ausgangswicklung zur Reduzierung eines Fehlers einer Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad betrachtet, d. h. eine Ausgangswicklung, bei der ein Unterschied in den Spannungen der Ausgangswicklungen von zwei Phasen in einem idealen Zustand ohne Bearbeitungsfehler auftritt. Bei der herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 gemäß 24 wird eine nicht gezeigte Erregerwicklung um jeden Zahn 101 konzentrisch gewickelt, um entgegengesetzte Polaritäten in angrenzenden Zähnen 101 aufzuweisen. Somit wird eine magnetomotorische Kraft bzw. magnetische Spannung, welche von einem elektrischen Strom erzeugt wird, der zu der Erregerwicklung fließt, eine Komponente von acht Polen, d. h. eine räumliche Komponente vierter Ordnung.
Andererseits weist der Rotor 103 zwei herauskragende Pole auf und hat eine räumliche Komponente zweiter Ordnung als eine Komponente der Permeanzpulsation. Daher kann es in Betracht gezogen werden, dass eine räumliche Ordnung eines magnetischen Flusses, welcher in einem Spalt erzeugt wird, Komponenten einer Summe und eines Unterschiedes der Ordnung der magnetischen Spannung und der Ordnung der Permeanz aufweist, d. h. 4 + 2 = 6 und 4 – 2 = 2 als Hauptkomponenten, und wobei darüber hinaus ebenso eine hohe Quantität der Komponenten vorliegt, welche genauso wie die magnetische Spannung sind, die durch den elektrischen Strom der Erregerwicklung erzeugt wird, was der räumlichen vierten Komponente entspricht. Die Komponenten der Summe und des Unterschiedes der Ordnung der magnetomotorischen Kraft und der Ordnung der Permeanz, d. h. die räumliche Komponente zweiter Ordnung und die räumliche Komponente sechster Ordnung, verändern sich in diesem Zusammenhang gemäß einer Position des Rotors 103. Die Ausgangswicklung wirkt als Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels durch Aufnahme der Änderung des magnetischen Flusses. Andererseits bleibt dieselbe Komponente als magnetische Spannung im Wesentlichen konstant, welche durch den elektrischen Strom der Erregerwicklung erzeugt wird, d. h. dass sich die räumliche Komponente vierter Ordnung kaum gemäß einer Position des Rotors verändert.
Um Ausgangswicklungen zu realisieren, bei denen ein Unterschied in den Spannungen der Zweiphasenausgangswicklungen in einem idealen Zustand ohne Bearbeitungsfehler erzeugt wird, müssen die Ausgangswicklungen derart angeordnet werden, dass beide der Zweiphasenausgangswicklungen einen magnetischen Fluss der räumlichen vierten Ordnung nicht aufnehmen, und wobei ein Unterschied zwischen den Zweiphasenausgangswicklungen für den magnetischen Fluss der räumlichen zweiten Ordnung und der räumlichen vierten Ordnung erzeugt werden muss. Somit wird eine Flussverbindung der Ausgangswicklungen für die räumliche Komponente zweiter Ordnung, die räumliche Komponente sechster Ordnung und die räumliche Komponente vierter Ordnung in Betracht gezogen. 28 ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie ein magnetischer Fluss der räumlichen zweiten Ordnung mit den Ausgangswicklungen verbunden ist. Lediglich die Ausgangswicklung (1) (Bezugszeichen 100-1) ist als Wicklung dargestellt. Der magnetische Fluss der räumlichen zweiten Ordnung wird durch eine durchgezogene Linie einer elliptischen Form angezeigt. 29 ist eine Ansicht für die räumliche sechste Ordnung, und 30 ist eine Ansicht für die räumliche vierte Ordnung. Hier sind die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 1 bis 8 auf N₁ bis N₈ jeweils festgelegt. Wenn die räumliche Komponente zweiter Ordnung, die räumliche Komponente sechster Ordnung und die räumliche Komponente vierter Ordnung einer spaltmagnetischen Flussdichte auf φ₂, φ₆ und φ₄ jeweils festgelegt worden sind, wenn der magnetische Fluss der räumlichen zweiten Ordnung, der räumlichen sechsten Ordnung und der räumlichen vierten Ordnung, die mit der Ausgangswicklung 1 verbunden sind, auf φ₂₁, φ₆₁, und φ₄₁ festgelegt worden sind, ist es ersichtlich, dass die folgenden Gleichungen mit Bezug auf die 28, 29 und 30 sich ergeben, und wobei die Polaritäten der Wicklungen beachtet werden: Φ₂₁ = (N₁ + N₃ + N₅ + N₇)ϕ₂ (27) Φ₆₁ = (N₁ + N₃ + N₅ + N₇)ϕ₆ (28) Φ₄₁ = (N₁ – N₃ + N₅ – N₇)ϕ₄ (29)
Das gleiche trifft für die Ausgangswicklung (2) zu. Wenn der magnetische Fluss der räumlichen zweiten Ordnung, der räumlichen sechsten Ordnung und der räumlichen vierten Ordnung, welche die Ausgangswicklung (1) verbinden, auf φ₂₂, φ₆₂ und φ₄₂ festgelegt worden ist, ergeben sich die folgenden Gleichungen: Φ₂₂ = (N₂ + N₄ + N₆ + N₈)ϕ₂ (30) Φ₆₂ = (N₂ + N₄ + N₆ + N₈)ϕ₆ (31) Φ₄₂ = (N₂ – N₄ + N₅ – N₈)ϕ₄ (32)
Da die gesamte Anzahl der Windungen N₁ bis N₈ gleich N in der Wicklungsspezifikation des herkömmlichen Beispiels sind, wie in 13 gezeigt, ergeben sich die folgenden Gleichungen aus den Gleichungen (27) bis (32): Φ₂₁ = Φ₂₂ = 4Nϕ₂, Φ₆₁ = Φ₆₂ = 4Nϕ₆, Φ₄₁ = Φ₄₂ = 0 (33)
Der magnetische Fluss bzw. die magnetischen Flüsse für die räumliche zweite Ordnung und die räumliche vierte Ordnung werden bei der herkömmlichen Wicklungsspezifikation aufgenommen, und deren Amplituden sind in den Zweiphasenausgangswicklungen gleich, und wobei darüber hinaus der magnetische Fluss der räumlichen vierten Ordnung nicht aufgenommen wird. Wenn jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Wicklungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 4 der Ausgangswicklung (2) auf N + m verändert werden (m ist eine positive ganze Zahl und N > m), wie in 14 gezeigt, ergeben sich die folgenden Gleichungen aus den Gleichungen (27) bis (32): Φ₂₁ = 4Nϕ₂, Φ₆₁ = 4Nϕ₆, Φ₄₁ = 0 (34) Φ₂₂ = (4N + 2m)ϕ₂, Φ₆₂ = (4N + 2m)ϕ₆, Φ₄₂ = 0 (35)
Ein Unterschied für die magnetischen Flusskomponenten der räumlichen zweiten Ordnung und der räumlichen sechsten Ordnung wird erzeugt, was für das Bekanntsein einer Position eines Rotors erforderlich ist, und wobei ein magnetischer Fluss für die räumliche vierte Ordnung nicht aufgenommen wird, wie bei dem herkömmlichen Beispiel. Folglich kann ein Unterschied in den Ausgangsspannungen in den Ausgangswicklungen (1) und (2) erzeugt werden, und wobei ein Fehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad absichtlich erzeugt werden kann.
Ein Verhältnis von Verbindungsflüssen der Ausgangswicklungen, d. h. ein Verhältnis der Ausgangsspannungen, kann sich aus den Gleichungen (34) und (35) ergeben. Es ist aus den Gleichungen (34) und (35) offensichtlich, dass eine Spannung der Ausgangswicklung (2) so groß ist wie eine Spannung der Ausgangswicklung (1), multipliziert mit der folgenden Gleichung, wenn diese durch die Spannung der Ausgangswicklung (1) standardisiert ist: 4N + 2m / 4N = 1 + m / 2N (36)
Dies entspricht dem Fall, in welchem α = m/2N in Gleichung (21), und wobei ein Fehler ε, der absichtlich erzeugt worden ist, sich wie folgt ergibt: ε ≈ m / 2Nsin4φ (37)
Daher ist es ersichtlich, dass ein Fehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht worden ist, durch entsprechende Auswahl von N und m korrigiert und reduziert werden kann.
Der Fall, in welchem N = 158 und m = 2 in 13 ist, wird als spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 14 zeigt Wellenformen von Erfassungspositionsfehlern. Wenn die herkömmliche Wicklungsspezifikation (N = 158 in 25) verwendet wird, ist ein Erfassungspositionsfehler gering, wie durch die durchgezogene Linie von 26 angezeigt. Jedoch nimmt ein Erfassungspositionsfehler einer Periode eines Maschinenwinkels von 90 Grad, d. h. eine Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad, durch einen Bearbeitungsfehler zu. Somit kann festgestellt werden, dass die Wicklungsspezifikation der vorliegenden Erfindung (N = 158 und m = 2 in 13) einen Erfassungspositionsfehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad reduziert, wie durch die durchgezogene Linie angezeigt, und wobei die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels sehr genau arbeitet.
Obwohl es für den Fall, in dem die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 4 der Ausgangswicklung (2) auf N + m verändert wird, wie hier beschrieben, aus der Gleichung ersichtlich ist, dass ein Fehler in ähnlicher Art und Weise reduziert werden kann, wenn die Anzahl der Windungen auf N – m verändert wird, wenn eine Phase eines Erfassungspositionsfehlers durch einen Bearbeitungsfehler umgekehrt wird. Des weiteren ist es nicht notwendig zu erwähnen, dass der gleiche Effekt realisiert wird, wenn die Anzahl von Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 6 und 8 oder den Zahnnummern 4 und 6 anders als die Anzahl der Windungen in den Zähnen mit den Zahnnummern 2 und 4 verändert wird. Obwohl es ferner in dem Fall, in welchem die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) beschrieben ist, nicht notwendig ist, zu erwähnen, dass der gleiche Effekt realisiert werden kann, wenn die Anzahl von Windungen der Ausgangswicklung (2) die gleiche wie bei dem herkömmlichen Beispiel verbleibt, und die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) verändert wird. Des weiteren ist es in dem Fall, in welchem eine Ausgangswicklung zumindest ein Muster von N + m, 0, n + m und 0 aufweist, wie in 13 gezeigt, nicht notwendig zu erwähnen, dass der gleiche Effekt in dem Fall realisiert werden kann, in welchem eine Ausgangswicklung zumindest ein Muster von N – m, 0, N – m und 0 aufweist. Obwohl eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 hier beschrieben worden ist, da die Anzahl der Zähne in dem Fall eines Wellenmehrfachwinkels von 1 Vier ist, wird darüber hinaus der gleiche Effekt realisiert, wenn beispielsweise die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) auf N ± m, 0, N ± m und 0 (das Doppelzeichen wird in der gleichen Reihenfolge wie beschrieben angewendet) in der Reihenfolge der Zähne 1 bis 4 verändert wird, und wobei die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) auf 0, N, 0 und N verändert wird. Ferner ist es hinsichtlich einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 3 oder mehr nicht notwendig zu erwähnen, dass der gleiche Effekt der Reduktion eines Erfassungspositionsfehlers durch Beibehalten der Anzahl von Windungen von einer Ausgabewicklung wie bei dem herkömmlichen Beispiel realisiert wird, und wobei zumindest ein Muster der Anzahl der Windungen N ± m, 0, N ± m und 0 in der anderen Ausgangswicklung beibehalten wird (das Doppelzeichen wird in der gleichen Reihenfolge wie beschrieben angewendet).
Wie vorstehend beschrieben, weist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, welche aus einem Stator, der mit einer Erregerwicklung von einer Phase und Zweiphasenausgangswicklungen versehen ist, und einem Rotor mit herauskragenden Polen besteht, eine Struktur auf, in welcher die Zweiphasenausgangswicklungen um eine Vielzahl von Zähnen des Stators gewickelt sind, wobei zumindest ein Muster der Anzahl der Windungen N ± m, 0, N ± m und 0 (das Doppelzeichen wird in der gleichen Reihenfolge wie beschrieben angewendet) in einer Ausgangswicklung vorgesehen (N und m sind positive ganze Zahlen und N > m), und wobei die andere Ausgangswicklung mit einem Muster der Anzahl von Windungen 0, N, 0 und N versehen ist oder durch Wiederholung dieses Musters gebildet wird. Da somit ein Erfassungspositionsfehler, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, wie eine Verschlechterung der Rundheit eines inneren Durchmessers eines Rotors oder ähnlichem, korrigiert werden kann, tritt ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. mit einer hohen Genauigkeit, realisiert werden kann.
Fünfte Ausführungsform
Gemäß der vierten Ausführungsform ist der Fall beschrieben, in welchem ein Teil der Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen wie in 13 verändert wird, und wobei die Ausgangswicklungen zumindest ein Muster der Zahnanzahl bzw. der Zahnnummer der Windungen N ± m, 0, N ± m und 0 aufweist (das Doppelzeichen wird in der gleichen Reihenfolge angewendet, wie beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird ein Fall in Betracht gezogen, in welchem eine Einphasenausgangswicklung der zwei Phasen durch Wiederholen des Musters der Anzahl von Windungen N ± m, 0, N ± m und 0 gebildet wird (das Doppelzeichen wird in der gleichen Reihenfolge angewendet, wie beschrieben).
15 ist ein Diagramm, welches eine Struktur einer Drehwinkelvorrichtung dieser Ausführungsform darstellt. In 15 bezeichnet das Bezugszeichen 11 Zähne, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Stator mit acht Zähnen 11. Die Bezugszeichen 1 bis 8 in der Figur zeigen die Zahnnummern der Zähne 11 an. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Rotor, und die Bezugszeichen 54a bzw. 54b bezeichnen Ausgangswicklungen (1) und (2), welche um die Zähne 11 gewickelt sind. Die Anzahl der Windungen ist N für die Ausgangswicklung 54a (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 1, 3, 5 und 7 gewickelt ist), und N – m für die Ausgangswicklung 54b (Ausgangswicklung, welche um die Zähne mit den Zahnnummern 2, 4, 6 und 8 gewickelt ist). Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 15 eine Drehwelle des Rotors 13. 16 zeigt gemeinsam die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen der entsprechenden Zähne, wie vorstehend beschrieben. Die Ausgangswicklung (1) ist derart festgelegt, dass sie eine Anzahl von Windungen N aufweist, welche genauso wie bei dem herkömmlichen Beispiel vorliegt, und wobei sämtliche Anzahl der Windungen auf N ± m für die Ausgangswicklung (2) festzusetzen ist. In diesem Fall ergeben sich ϕ₂₁, ϕ₆₁, ϕ₄₁, ϕ₂₂, ϕ₆₂ und ϕ₄₂ wie folgt: Φ₂₁ = 4Nϕ₂, Φ₆₁ = 4Nϕ₆, Φ₄₁ = 0 (38) Φ₂₂ = (4N ± 4m)ϕ₂, Φ₆₂ = (4N ± 4m)ϕ₆, Φ₄₂ = 0 (39)
Daraufhin ergibt sich das Verhältnis der Ausgangsspannungen der Ausgangswicklungen (1) und (2) wie folgt: 4N ± 4m / 4N = 1 ± m / N (40)
Dies entspricht dem Fall, in welchem α = ±m/N in Gleichung (21). Somit ergibt sich ein Fehler ε [rad] (elektrischer Winkel), der absichtlich zu erzeugen ist, wie folgt: ε ≈ ± m / 2Nsin4φ (41)
Wenn zusätzlich die Ausgangswicklung (2) derart festgelegt wird, dass sie die Anzahl von Windungen N aufweist, welche genauso wie bei dem herkömmlichen Beispiel ist, und wobei die Anzahl der Windungen auf N ± m für die Ausgangswicklung (1) festzusetzen ist, ergeben sich in ähnlicher Art und Weise ϕ₂₁, ϕ₆₁, ϕ₄₁, ϕ₂₂, ϕ₆₂ und ϕ₄₂ wie folgt: Φ₂₁ = (4N ± 4m)ϕ₂, Φ₆₁ = (4N ± 4m)ϕ₆, Φ₄₁ = 0 (42) Φ₂₂ = 4Nϕ₂, Φ₆₂ = 4Nϕ₆, Φ₄₂ = 0 (43)
Somit ergibt sich ein Verhältnis der Ausgangsspannungen der Ausgangswicklungen (1) und (2) wie folgt:
Dies entspricht dem Fall, in welchem α = ±m/N in Gleichung (21) (wobei vorgesehen ist, dass m << N). Somit ergibt sich ein Fehler ε [rad] (elektrischer Winkel), welcher absichtlich zu erzeugen ist, wie folgt: ε ≈ ∓ m / 2Nsin4φ (45)
Somit wird ein Erfassungspositionsfehler für den Fall, in welchem N = 158 und m = 1 der Wicklungsspezifikation von 16 ist, durch eine Magnetfeldanalyse als ein spezifisches Beispiel ermittelt. 18 zeigt die Ergebnisse der Analyse. Es ist ersichtlich, dass bei der herkömmlichen Wicklung ein Fehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180° mit einer Amplitude eines Maschinenwinkels von in etwa 0,19 (0,38 hinsichtlich eines elektrischen Winkels) beobachtet wird, wohingegen dieser Fehler in der Wicklungsspezifikation von 16 reduziert wird, und wobei die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels als eine sehr genaue Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels arbeitet.
Ferner zeigt 16 den Fall, in welchem die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) 21 gleich dem herkömmlichen Beispiel ist, und wobei die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) 22 gegenüber dem herkömmlichen Beispiel verändert ist, d. h., dass die Wicklungsspezifikation von 15 in Tabellenform vorliegt. 17 zeigt den entgegengesetzten Fall, d. h. den Fall, in welchem die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (1) 21 gegenüber dem herkömmlichen Beispiel verändert ist, und wobei die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung (2) 22 äquivalent bzw. gleich gegenüber dem herkömmlichen Beispiel ist. Es ist zu erwähnen, dass die veränderte Anzahl der Windungen als N – m in 16 in jedem Zahn beschrieben wird, wohingegen die veränderte Anzahl der Windungen als N + m in jedem Zahn in 17 beschrieben wird. Jedoch ist dies nicht auf die Beispiele beschränkt, welche in den Figuren dargestellt sind. In dieser Ausführungsform ist es ausreichend, wenn die Anzahl der Windungen N ± m, 0, N ± m und 0 in einer Ausgangswicklung ist oder durch Wiederholung des Musters der Anzahl von Windungen von N ± m, 0, N ± m und 0 gebildet wird (N und m sind positive ganze Zahlen und N > m), und wobei die Anzahl der Windungen 0, N, 0 und N in der anderen Ausgangswicklung ist oder durch Wiederholung dieses Musters gebildet wird.
Der Fall, in welchem N = 158 und m = 1 in der Wicklungsspezifikation von 17 ist, ist in 19 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass, obwohl ein Fehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180° mit einer Amplitude eines Maschinenwinkels von in etwa 0,19 (0,38 in einem elektrischen Winkel) ebenso in der herkömmlichen Wicklung in diesem Fall beobachtet wird, wird dieser Fehler in der Wicklungsspezifikation von 17 reduziert, und die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels arbeitet sehr genau.
Obwohl die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 2 hier beschrieben ist, trifft dasselbe für eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 3 oder mehr zu. Beispielsweise wird im Fall einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem Wellenmehrfachwinkel von 3 derselbe Effekt realisiert, wenn beispielsweise eine Spezifikation verwendet wird, bei der das Muster der Anzahl der Windungen von N ± m, 0, N ± m und 0 dreimal für die Ausgangswicklung (1) wiederholt wird, und wobei das Muster der Anzahl der Windungen von 0, N, 0 und N dreimal für die Ausgangswicklung (2) in zwölf Zähnen wiederholt wird. Darüber hinaus ist ebenso offensichtlich, dass die Gleichungen (41) und (45) sich gemäß einem Drehwinkelmehrfachwinkel nicht ändern, und wobei der Effekt der Reduzierung eines Erfassungspositionsfehlers unabhängig von einem Wellenmehrfachwinkel realisiert wird.
Wie vorstehend beschrieben, weist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, welche aus einem Stator, der mit einer Erregerwicklung von einer Phase und Zweiphasenausgangswicklungen versehen ist, und einem Rotor mit herauskragenden Polen besteht, eine Struktur auf, bei welcher die Zweiphasenausgangswicklungen um eine Vielzahl von Zähnen des Stators gewickelt sind, wobei die Anzahl der Windungen von einer Ausgangswicklung N ± m, 0, N ± m und 0 ist, oder durch Wiederholung des Musters der Anzahl von Windungen N ± m, 0, N ± m und 0 ist (m ist eine positive ganze Zahl und N > m), und wobei die Anzahl der Windungen der anderen Ausgangswicklung 0, N, 0 und N ist oder durch Wiederholung dieses Musters gebildet wird. Da somit ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, wie beispielsweise eine Störung bzw. Verschlechterung der Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators oder ähnliches, korrigiert werden kann, tritt ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. mit hoher Genauigkeit, realisiert werden kann. Obwohl darüber hinaus die Anzahl der Windungen einer Ausgangswicklung in dessen peripherer Richtung nicht ausbalanciert ist, wird die fehlende Balance nicht hervorgerufen, und die Ausgangswicklung weist symmetrische Eigenschaften in dessen Umfangsrichtung in dieser Ausführungsform auf. Daher tritt ein anderer Effekt auf, dass ein Fehler in Bezug auf eine Exzentrizität nicht stark ansteigt.
Sechste Ausführungsform
Die Verfahren des Veränderns der Anzahl von Windungen der Ausgangswicklungen gegenüber dem herkömmlichen Beispiel, um einen Erfassungspositionsfehler zu reduzieren, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, und um eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit zu realisieren, sind vorstehend beschrieben worden. In dieser Ausführungsform wird ein Verfahren der Reduktion eines Erfassungspositionsfehlers beschrieben werden, welches durch Justierung bzw. durch Einstellen der Anzahl der Windungen effektiver bzw. erfolgreicher wird.
Ein Verhältnis zwischen einem Erfassungspositionsfehler, welcher absichtlich zu erzeugen ist, um einen Erfassungspositionsfehler zu korrigieren, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, und der Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen wird durch die Gleichungen (41) und (28) repräsentiert, wie bereits berechnet. Dies zeigt an, dass ein Erfassungspositionsfehler einer Periode eines elektrischen Winkels von 180 Grad bei einer Amplitude von m/2N in einem idealen Zustand absichtlich erzeugt werden kann, ohne dass ein Bearbeitungsfehler in der Wicklungsspezifikation der fünften Ausführungsform auftritt, d. h., dass, wenn N und m derart ausgewählt werden, dass eine Amplitude ε eines Erfassungspositionsfehlers, der in der herkömmlichen Wicklungsspezifikation erzeugt wird, in einem Zustand mit einem Bearbeitungsfehler und einer Amplitude dieses Fehlers, der absichtlich zu erzeugen ist, miteinander übereinstimmen, kann der Fehler effektiver reduziert werden.
Wenn m auf 2 in dem Fall als ein spezifisches Beispiel festgelegt wird, in weichem ein Fehler einer Amplitude des elektrischen Winkels von 0,38 Grad, d. h. 0,0066 [rad] erzeugt wird, wenn N = 158 in der herkömmlichen Wicklungsspezifikation, die in 25 gezeigt ist, wird ein Effekt des im Wesentlichen Übereinstimmens bzw. Anpassens einer Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, und einer Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, gemäß der folgenden Gleichung in Betracht gezogen: m / 2N = 0.0063 ≈ 0.0066 [rad] (46)
Eine Wicklungsspezifikation dieser Ausführungsform entspricht dem Fall, in welchem N = 158 und m = 2 in 20. 21 zeigt einen Graphen eines Erfassungspositionsfehlers in diesem Fall. Es kann erwähnt werden, dass gemäß dieser Ausführungsform ein Erfassungspositionsfehler effektiver reduziert wird und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit höherer Genauigkeit im Vergleich zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden kann. Obwohl hier der Fall beschrieben ist, in welchem m/2N und e im Wesentlichen gleich sind, ist es nicht notwendig zu erwähnen, dass ein Fehler ferner in dem folgenden Fall reduziert werden kann: m / 2N = ε (47)
Wie vorstehend beschrieben, wird bei einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, in welcher ein Erfassungspositionsfehler bei einem elektrischen Winkel von ε [rad] in dem Fall der Wicklungsspezifikation des herkömmlichen Beispiels erzeugt wird, N und m derart festgelegt, dass m/2N und ε im Wesentlichen gleich sind, vorzugsweise, dass m/2N = ε, um den Fehler zu korrigieren.
Somit kann ein Erfassungspositionsfehler korrigiert werden, welcher durch einen Bearbeitungsfehler, wie beispielsweise eine Störung bzw. Verschlechterung der Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators verursacht wird. Da somit eine Amplitude eines Fehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, für die Reduktion eines Fehlers und eine Amplitude eines Fehlers, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, im Wesentlichen gleich oder gleich gemacht werden können, tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler effektiver reduziert werden kann, und wobei eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Siebte Ausführungsform
Bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen ist eine Form eines Rotors nicht speziell begrenzt. Selbst wenn jedoch ein Erfassungspositionsfehler, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, durch die Windungen bzw. Wicklungen der vorliegenden Erfindung reduziert werden kann, kann der Erfassungspositionsfehler ansteigen, wenn eine Form eines Rotors nicht angemessen bzw. geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, welche eine Komponente einer Variation der Permeanz verwendet, die durch eine Form eines Rotors verursacht wird, und wobei ein Erfassungspositionsfehler abnimmt, wenn die Komponente der Variation der Permeanz eine Sinuswellenform aufweist und die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels sehr genau wird.
Wenn daher ein Winkel mit einem Zentrum einer Drehwelle eines Rotors als Ursprung θ ist, und wobei eine Position an einem externen Umfang des Rotors θ ist, wenn die Permeanz zwischen einem inneren Umfang eines Stators und dem äußeren Umfang des Rotors wie folgt ist, wobei eine Gleichstromkomponente im Winkel θ vorgesehen ist, arbeitet die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels sehr genau: A + Bcos(Mθ) (48) wobei vorgesehen ist, dass A und B positive Konstanten sind und A > B, und wobei M ein Wellenmehrfachwinkel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist. Wenn die Form des Rotors derart festgelegt ist, dass sich eine Spaltlänge in der Position des Winkels θ wie folgt aus der Tatsache ergibt, dass die Spaltlänge in umgekehrter Proportion zu der Permeanz ist, und sich aus der Gleichung (31) ergibt, wobei eine Pulsationskomponente der Permeanz des Spaltes eine Sinuswellenform einnimmt, und wobei eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann: 1 / A + Bcos(Mθ) (49)
Daher tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler ferner reduziert und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit durch Festlegen der Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen realisiert werden kann, wie in jeder der ersten bis sechsten Ausführungsformen beschrieben, und wobei der Rotor in einer Form ausgebildet wird, die durch die Gleichung (49) bestimmt wird.
Achte Ausführungsform
22 zeigt eine dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten, die mit der vorstehend erwähnten Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels der vorliegenden Erfindung versehen ist. In 22 bezeichnet das Bezugszeichen 140 eine dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten; das Bezugszeichen 141 einen Stator der dynamo-elektrischen Maschine 140; das Bezugszeichen 142 einen Ankerkern, welcher den Stator 141 bildet; das Bezugszeichen 143 eine Ankerwicklung, welche ebenso den Stator 141 bildet; das Bezugszeichen 144 einen Rotor der dynamo-elektrischen Maschine; das Bezugszeichen 145 einen Rotorkern, welcher den Rotor 144 bildet; das Bezugszeichen 146 einen Permanentmagneten, welcher ebenso den Rotor 144 bildet; und das Bezugszeichen 147 eine Welle, an welcher der Rotorkern 145 fixiert ist. Ferner bezeichnen die Bezugszeichen 12, 13 und 14 dieselben Teile, wie vorstehend beschrieben, d. h. den Stator, den Rotor und die Ausgangswicklung der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels. Obwohl das Bezugszeichen 14 in der ersten Ausführungsform für die Ausgangswicklung verwendet wird, ist die Ausgangswicklung nicht darauf beschränkt und kann eine Ausgangswicklung gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sein. Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine Erregerwicklung der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels.
Diese dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten ist mit dem Stator 141 versehen, welcher durch den Ankerkern 142 und die Ankerwicklung 143 gebildet wird, die in dem Ankerkern 142 enthalten ist, und mit dem Rotor 144 versehen, welcher durch den Rotorkern 145 und den Permanentmagneten 146 gebildet wird. Der Rotor 144 ist an der Welle 147 fixiert. Der Rotor 144 kann durch ein Lager 148 frei rotieren.
Bei der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, die in der ersten bis siebten Ausführungsform beschrieben ist, ist der Rotor 144 an der Welle 147 beispielsweise durch Einpressen fixiert. Die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist an der Seite des Stators 141 der dynamo-elektrischen Maschine 140 nach Art eines Permanentmagneten um den Rotor 144 in einer Position fixiert, welche von dem Stator 141 abgedeckt wird. Der Rotor 13 der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels dreht sich mit dem Rotor 144 der dynamo-elektrischen Maschine 140 nach Art eines Permanentmagneten. Wenn ein Erregerstrom an die Erregerwicklung der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels angelegt wird, wird eine Spannung in der Ausgangswicklung erzeugt, und die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels liest bzw. erfasst eine Änderung der Spannung, um einen Drehwinkel zu ermitteln bzw. zu erfassen.
Bei der ersten bis siebten Ausführungsform sind die Verfahren des Korrigierens eines Erfassungspositionsfehlers beschrieben worden, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, um eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit bereit zu stellen. Wenn die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, auf welche die Technik bzw. das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, zur Anwendung der Erfassung eines Drehwinkels des Rotors 144 der dynamo-elektrischen Maschine 140 nach Art des Permanentmagneten verwendet wird, wie in 22 gezeigt, tritt ein Effekt auf, dass die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels einen Erfassungspositionsfehler reduziert, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, und wobei eine Positionierungsgenauigkeit des Rotors 144 der dynamoelektrischen Maschine 140 nach Art eines Permanentmagneten verbessert wird, da die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels sehr genau ist.
Wenn zusätzlich ein Erfassungspositionsfehler groß ist, kann eine Position des Rotors 144 der dynamo-elektrischen Maschine 140 nach Art eines Permanentmagneten nicht genau erfasst bzw. ermittelt werden. Da somit eine Phase eines elektrischen Stroms von einer Phase abweicht, welche mit Energie versorgt werden sollte, tritt ein Unterschied zwischen einem Drehmomentbefehlswert und einem Drehmoment auf, welches tatsächlich erzeugt wird. Wie es aus den vorstehend erwähnten Beispielen ersichtlich ist, da sich ein Erfassungspositionsfehler einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels periodisch gemäß einem Drehwinkel ändert, pulsiert ein Drehmomentwert ebenso demgemäss. Das heißt, wenn ein Erfassungspositionsfehler der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels groß ist, nimmt die Drehmomentpulsation zu, was die Performance der dynamo-elektrischen Maschine 140 nach Art eines Permanentmagneten vermindert. Wenn somit die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, die gemäß der ersten bis siebten Ausführungsform beschrieben ist, verwendet wird, da ein Erfassungspositionsfehler reduziert wird, tritt ein Effekt auf, dass die dynamo-elektrische Maschine 140 nach Art des Permanentmagneten mit einer geringen Drehmomentpulsation angetrieben werden kann. Da zusätzlich ein optischer Encoder oder ähnliches, der hinsichtlich dessen Struktur kompliziert und kostenintensiv ist, nicht verwendet wird, tritt ein weiterer Effekt auf, dass eine dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten realisiert werden kann, welche hinsichtlich dessen Struktur einfach und kostengünstig ist, sowie eine exzellente Umweltwiderstandsfähigkeit aufweist.
Das Beispiel, in welchem die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels an einer Lastseite der dynamo-elektrischen Maschine nach Art eines Permanentmagneten angeordnet ist, wird in dieser Ausführungsform beschrieben. Es ist nicht notwendig zu erwähnen, dass der gleiche Effekt in dem Fall realisiert werden kann, in welchem die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels in entgegengesetzter Richtung der Last angeordnet ist, oder in dem Fall realisiert werden kann, in welchem die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels innerhalb der dynamo-elektrischen Maschine angeordnet ist.
Neunte Ausführungsform
Feiner ist die dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten, welche in der achten Ausführungsform beschrieben ist, zur Anwendung geeignet, bei welcher die Drehmomentpulsation eines Motors, welche als Antriebsquelle verwendet wird, derart erforderlich ist, dass sie wie bei einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gering ist. 23 zeigt eine konzeptuelle Ansicht einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung. In 23 bezeichnet das Bezugszeichen 140 die dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten, welche in der achten Ausführungsform beschrieben worden ist. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 151 ein Lenkrad; das Bezugszeichen 152 eine Säulenwelle; das Bezugszeichen 153 einen Schneckenantrieb bzw. ein Schneckengetriebe; das Bezugszeichen 154 eine Halterverbindung; das Bezugszeichen 155 ein Lenkgetriebe; und das Bezugszeichen 155 ein Gestell.
Eine Lenkkraft wird von dem Lenkrad 151 zu dem Schneckengetriebe 153 über die Säulenwelle 152 übertragen (lediglich ein Getriebekasten ist gezeigt, und das Schneckengetriebe ist in der Figur nicht gezeigt). Dieses Schneckengetriebe 153 überträgt einen Motorauslass (ein Drehmoment, die Anzahl der Umdrehungen), während dessen Drehrichtung in rechten Winkeln verändert wird, der Motor gleichzeitig abgebremst wird, sowie ein Hilfsdrehmoment erhöht wird. Darüber hinaus wird die Lenkkraft über die Halterverbindung 154 übertragen, und dessen Richtung wird ebenso verändert. Das Lenkgetriebe 155 (lediglich ein Getriebekasten ist gezeigt, und das Lenkgetriebe ist in der Figur nicht gezeigt) vermindert die Drehung der Säulenwelle 152, konvertiert die Drehung des Gestells 156 in eine lineare Bewegung in simultaner Art und Weise, und man erhält eine geforderte Versetzung. Die Räder werden durch diese lineare Bewegung des Gestells 156 bewegt, wobei ein Fahrzeug gelenkt werden kann.
Bei der vorstehend erwähnten elektrischen Servolenkvorrichtung wird die Pulsation eines Drehmoments, welches von dem Motor erzeugt wird, zu dem Lenkrad 151 über das Schneckengetriebe 153 und die Säulenwelle 152 übertragen. Wenn daher der Motor eine große Drehmomentpulsation erzeugt, kann ein sanftes Lenkgefühl nicht realisiert werden. Da zusätzlich ein optischer Encoder oder ähnliches, was hinsichtlich dessen Struktur kompliziert und kostenintensiv ist, nicht verwendet wird, tritt ein weiterer Effekt auf, dass eine elektrische Servolenkvorrichtung realisiert werden kann, welche hinsichtlich dessen Struktur einfach und kostengünstig ist, sowie eine exzellente Umgebungswiderstandsfähigkeit aufweist.
Obwohl ferner die elektrische Servolenkungsvorrichtung eines Säulenassistenzsystems zum Assistieren einer Säulenwelle durch ein Drehmoment eines Motors in dieser Ausführungsform beschrieben ist, ist es nicht notwendig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Servolenkvorrichtung angewendet werden kann, welche ein Gestellhilfssystem aufweist, um ein Gestell durch ein Drehmoment eines Motors zu unterstützen.
Daher weist die elektrische Servolenkungsvorrichtung mit der dynamo-elektrischen Maschine nach Art eines Permanentmagneten, welche in der achten Ausführungsform als eine Antriebsquelle beschrieben worden ist, einen Effekt auf, dass die Pulsation eines Drehmoments gering ist und ein sanftes Lenkgefühl realisiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zum Erfassen eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit einer derartigen Struktur, da ein Erfassungspositionsfehler, welcher durch einen Bearbeitungsfehler, wie beispielsweise eine Störung bzw. Verschlechterung der Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators, verursacht wird, korrigiert werden kann, tritt somit ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. mit hoher Genauigkeit, realisiert werden kann.
Ferner liegt die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2. Somit kann bei einer derartigen Struktur, da ein Erfassungspositionsfehler korrigiert werden kann, welcher von einem Bearbeitungsfehler, beispielsweise einer Verschlechterung der Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators, verursacht wird, ein Effekt auftreten, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. einer hohen Genauigkeit, realisiert werden kann. Da darüber hinaus eine Phase und eine Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, um einen Fehler zu korrigieren, gesteuert werden kann, tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler effektiv reduziert werden kann, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3. Somit tritt bei einer derartigen Struktur, da ein Erfassungspositionsfehler korrigiert werden kann, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, wie beispielsweise eine Störung der Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators, ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. hoher Genauigkeit, realisiert werden kann. Da ferner eine Phase und eine Amplitude eines Erfassungspositionsfehlers, welcher absichtlich zu erzeugen ist, um einen Fehler zu korrigieren, willkürlich gesteuert werden kann, tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler effektiv reduziert werden kann, und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Somit tritt bei einer derartigen Struktur, da ein Erfassungspositionsfehler korrigiert werden kann, welcher durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, wie beispielsweise eine Störung der Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators, ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. hoher Genauigkeit, realisiert werden kann.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Somit tritt bei einer derartigen Struktur, da ein Erfassungspositionsfehler korrigiert werden kann, welcher durch einen Bearbeitungsfehler, wie beispielsweise eine Störung der Rundheit eines inneren Durchmessers des Stators, verursacht wird, ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit geringem Erfassungspositionsfehler, d. h. hoher Genauigkeit, realisiert werden kann. Des weiteren tritt ein weiterer Effekt auf, dass ein Fehler im Hinblick auf eine Exzentrizität nicht stark zunimmt.
Des weiteren werden bei einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels m/2N und ε im Wesentlichen gleichgesetzt sind, vorzugsweise so, dass m/2N = ε gilt, um einen Erfassungspositionsfehler von ε [rad] in einem elektrischen Winkel zu korrigieren, der auftreten würde, wenn m auf Null gesetzt wäre. Bei eine derartigen Struktur, da ein Erfassungspositionsfehler korrigiert werden kann, welcher durch einen Bearbeitungsfehler, wie beispielsweise eine Störung der Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators, verursacht wird, tritt ein Effekt auf, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. hoher Genauigkeit, realisiert werden kann. Da darüber hinaus eine Amplitude eines Fehlers, der absichtlich zu erzeugen ist, zur Reduktion eines Fehlers und eine Amplitude eines Fehlers, welcher durch einen Bearbeitungsfehler erzeugt wird, im Wesentlichen gleich oder gleich gemacht bzw. vorgesehen werden können, tritt ein Effekt auf, dass ein Erfassungspositionsfehler effektiver reduziert werden kann.
Wenn erfindungsgemäß θ ein Winkel mit einem Zentrum einer Drehwelle des Rotors als Ursprung ist, welcher eine Position an einem äußeren Umfang des Rotors repräsentiert, wird ein Rotor bereitgestellt, dessen Spaltlänge in der Position des Winkels θ gleich 1/{A + Bcos(Mθ)} ist, wobei A und B positive Konstanten sind und A > B und M ein Wellenmehrfachwinkel einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist. Da ein derartiger Rotor bereitgestellt wird, tritt ein Effekt auf, dass die Variation der Permeanz eines Spalts eine Sinuswellenform einnimmt und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
Da die vorliegende Erfindung ferner in einer dynamo-elektrischen Maschine nach Art eines Permanentmagneten zu sehen ist, welche mit irgendeiner der vorstehend erwähnten Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkelsen versehen ist, wird ein Erfassungspositionsfehler korrigiert, der durch einen Bearbeitungsfehler verursacht wird, wie beispielsweise eine Störung der Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators und der Positionsabweichung der Zähne. Folglich tritt ein Effekt auf, dass die Positioniergenauigkeit durch Verwendung einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler verbessert wird, d. h., dass eine hohe Genauigkeit als Drehpositionssensor einer dynamo-elektrischen Maschine nach Art eines Permanentmagneten vorliegt. Da ferner die Drehmomentpulsation aufgrund eines Erfassungspositionsfehlers reduziert werden kann, liegt ein Effekt vor, dass eine sanfte Drehmomentwellenform erzielt werden kann. Da ein optischer Encoder oder ähnliches, die hinsichtlich deren Struktur kompliziert und kostenintensiv sind, nicht verwendet werden, liegt ein weiterer Effekt vor, dass eine dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten realisiert werden kann, welche hinsichtlich deren Struktur vereinfacht ist, kostengünstig ist, sowie eine exzellente Umgebungswiderstandsfähigkeit aufweist.
Da die vorliegende Erfindung ferner eine elektrische Servolenkungsvorrichtung betrifft, welche als Antriebsquelle die dynamo-elektrische Maschine nach Art eines Permanentmagneten verwendet, welche mit der vorstehend erwähnten Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem geringen Erfassungspositionsfehler, d. h. hoher Genauigkeit, versehen ist, was durch Korrigieren eines Erfassungspositionsfehlers erreicht wird, der durch einen Bearbeitungsfehler, wie beispielsweise eine Störung der Rundheit eines inneren Durchmessers eines Stators und Positionsabweichungen der Zähne, verursacht wird. Die Drehmomentpulsation der vorstehenden dynamo-elektrischen Maschine nach Art eines Permanentmagneten ist gering, wobei ein Effekt auftritt, dass ein sanftes Lenkgefühl erzielt werden kann. Da ein optischer Encoder oder ähnliches, welche hinsichtlich deren Struktur kompliziert und kostenintensiv sind, nicht verwendet werden, tritt ein weiterer Effekt auf, dass eine elektrische Servolenkungsvorrichtung realisiert werden kann, welche hinsichtlich dessen Struktur vereinfacht ist, kostengünstig ist, sowie eine exzellente Umgebungswiderstandsfähigkeit aufweist.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Stator (12), der mit einer einphasigen Erregerwicklung und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist und eine Vielzahl von Zähnen (11) aufweist, wobei die Zweiphasen-Ausgangswicklungen derart um diese Zähne gewickelt sind, dass, wenn N und m positive ganze Zahlen sind und N > m gilt, bei einigen dieser Zähne (11) die Anzahl von Windungen der Ausgangswicklungen gleich N ist, bei zumindest einem der Zähne die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklungen gleich N ± m ist, und bei einigen Zähnen die Anzahl der Windungen gleich m ist, und einem Rotor (13) mit auskragenden Polen, dessen Spaltlänge in der Position eines Winkels θ, der ein Winkel mit einem Zentrum einer Drehwelle des Rotors als Ursprung ist und eine Position an einem äußeren Umfang des Rotors repräsentiert, gleich 1/{A + Bcos(Mθ)} ist, wobei A und B positive Konstanten sind mit A > B, und wobei M ein Wellenmehrfachwinkel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist.
Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Stator (12), der mit einer einphasigen Erregerwicklung und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist und eine Vielzahl von Zähnen (11) aufweist, wobei die Zweiphasen-Ausgangswicklungen derart um die Zähne gewickelt sind, dass die Anzahl der Windungen einer Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich N ± m, 0, N und 0 ist (N und m sind positive ganze Zahlen mit N > m), oder dieses Muster der Anzahl der Windungen wiederholt wird, und die Anzahl der Windungen der anderen Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich 0, N, 0 und N ist, oder dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und einem Rotor (13) mit auskragenden Polen.
Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Stator (12), der mit einer einphasigen Erregerwicklung und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist und eine Vielzahl von Zähnen (11) aufweist, wobei die Zweiphasen-Ausgangswicklungen derart um die Zähne gewickelt sind, dass die Anzahl der Windungen einer Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich N, 0, N ± m₁ und 0 ist (N und m₁ sind positive ganze Zahlen mit N > m₁), oder dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und die Anzahl der Windungen der anderen Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich 0, N ± m₂, 0 und N ist (N und m₂ sind positive ganze Zahlen mit N > m₂), oder dieses Muster der Anzahl der Windungen wiederholt wird, und einem Rotor (13) mit auskragenden Polen.
Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Stator (12), der mit einer einphasigen Erregerwicklung und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist und eine Vielzahl von Zähnen (11) aufweist, wobei die Zweiphasen-Ausgangswicklungen derart um die Zähne gewickelt sind, dass die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung bei einer Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich N ± m, 0, N ± m, 0, N, 0, N und 0 ist (N und m sind positive ganze Zahlen mit N > m), oder dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und die Anzahl der Windungen der anderen Phase der Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich 0, N, 0 und N ist, oder dieses Muster von 0, N, 0 und N der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und einem Rotor (13) mit auskragenden Polen.
Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Stator (12), der mit einer einphasigen Erregerwicklung und mit Zweiphasen-Ausgangswicklungen versehen ist und eine Vielzahl von Zähnen (11) aufweist, wobei die Zweiphasen-Ausgangswicklungen derart um die Zähne gewickelt sind, dass die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung einer Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich N ± m, 0, N ± m und 0 ist (N ist eine positive ganze Zahl, m ist eine positive ganze Zahl, und N > m), oder dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und die Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung der anderen Phase der Zweiphasen-Ausgangswicklungen bei aufeinanderfolgenden Zähnen und in der Reihenfolge der Zähne gleich 0, N, 0 und N ist, oder dieses Muster der Anzahl von Windungen wiederholt wird, und einem Rotor (13) mit auskragenden Polen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei m/2N und ε im Wesentlichen gleichgesetzt sind, vorzugsweise so, dass m/2N = ε gilt, um einen Erfassungspositionsfehler von ε [rad] in einem elektrischen Winkel zu korrigieren, der auftreten würde, wenn m auf Null gesetzt wäre.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, welche ferner einen Rotor aufweist, dessen Spaltlänge in der Position eines Winkels θ, der ein Winkel mit einem Zentrum einer Drehwelle des Rotors als Ursprung ist und eine Position an einem äußeren Umfang des Rotors repräsentiert, gleich 1/{A + Bcos(Mθ)} ist, wobei A und B positive Konstanten sind mit A > B, und wobei M ein Wellenmehrfachwinkel der Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist.
Dynamo-elektrische Maschine mit Permanentmagneten, welche eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung, die eine dynamo-elektrische Maschine mit Permanentmagneten gemäß Anspruch 8 als Antriebsquelle verwendet.