JP2009168493A - レゾルバ、モータ、パワーステアリング装置およびレゾルバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバの検出精度を容易に向上する。
【解決手段】レゾルバのレゾルバステータ部は、中心軸を中心として放射状に配置される複数のティース５１１２、複数のティース５１１２を一方の端部から支持する環状のコアバック、および、複数のティース５１１２およびコアバックの表面を被覆するインシュレータを備える。レゾルバでは、出力導線を各ティース５１１２に巻回して出力コイルＣ２，Ｃ３が形成され、その後、出力コイルＣ２，Ｃ３上に励磁導線を巻回して励磁コイルＣ１が形成される。これにより、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れが抑制され、レゾルバの検出精度を容易に向上することが実現される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、対象物の角度位置を検出するレゾルバ、当該レゾルバを備える電動式のモータおよびパワーステアリング装置、並びに、レゾルバの製造方法に関する。

従来より、自動車の運転操作を補助する装置として、エンジン出力で作動するポンプが発生する油圧によりハンドル（ステアリングホイール）操作を補助する油圧式パワーステアリングが採用されている。また近年、車載バッテリーによりモータを回転させることによりハンドル操作を補助する電動式パワーステアリング（以下、「ＥＰＳ（Electric Power Steering）」という。）も採用されており、エンジンの回転により油圧を発生する場合に比べてエンジンのパワーロスが少ない効率的なシステムとして注目されている。

ＥＰＳでは、高精度な制御を実現するため、モータの回転角度を高精度に検出する角度検出装置が必要とされる。一方、自動車は様々な環境下において長期間、正確に動作することが求められることから、その機構部品の１つであるＥＰＳ用の角度検出装置にも高い信頼性が求められる。このため、高い検出精度を有するとともに光学式エンコーダや磁気式エンコーダに比べて高い耐環境性を有するバリアブルリラクタンス型のレゾルバが、ＥＰＳ用の角度検出装置として利用されている。

このようなレゾルバでは、巻線機により複数のティースに導線を巻回することによりステータ部の励磁コイルおよび出力コイルが形成される。例えば、特許文献１では、ステータ部の各スロット（ティース）において、励磁巻線の上に重ねて第１および第２出力巻線を形成する際に、隣接するスロット間で第１および第２出力巻線の巻回順序を相違させることにより、回転検出器用センサの検出精度のばらつきを低減する手法が開示されている。
特許第３６８１１６７号公報

ところで、レゾルバの検出精度の向上を図るには、励磁コイルおよび出力コイルを精度よく形成する必要がある。そこで、巻線機の高性能化を図ることが考えられるが、巻線機の製造コストが増大してしまうとともに、導線の巻回に係る精度の向上には技術的な限界がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、レゾルバの検出精度を容易に向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、レゾルバであって、所定の中心軸を中心とする略環状の固定部と、前記中心軸を中心とする略環状であり、前記固定部の内側または外側に配置されるとともに前記中心軸を中心として前記固定部に対して回転可能に支持された回転部とを備え、前記固定部が、前記中心軸を中心として放射状に配置されるとともに、先端が前記回転部に対向する複数のティースと、前記複数のティースを前記先端とは反対側の端部から支持するコアバックと、前記複数のティースおよび前記コアバックの表面を被覆するインシュレータと、２つの出力導線のうちの少なくとも１つの出力導線のそれぞれを前記インシュレータ上から各ティースに第１ターン数にて多層に巻回することにより形成された複数の出力コイルと、前記各ティースに励磁導線を前記少なくとも１つの出力導線の上に重ねて前記第１ターン数よりも少ない第２ターン数にて巻回することにより形成された複数の励磁コイルとを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレゾルバであって、前記各ティースにおいて、前記第１ターン数が前記第２ターン数の３倍以上である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレゾルバであって、前記各ティースにおいて、出力コイルの各層における出力導線の巻回ピッチと励磁コイルの各層における前記励磁導線の巻回ピッチとが異なる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のレゾルバであって、前記２つの出力導線が、前記中心軸を中心とする周方向において前記複数のティースに交互に巻回される。

請求項５に記載の発明は、電動式のモータであって、請求項１ないし４のいずれかに記載のレゾルバと、電機子を有するモータステータ部と、前記電機子との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに前記レゾルバの前記回転部が固定されるモータロータ部と、前記モータロータ部を前記中心軸を中心に前記モータステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構とを備える。

請求項６に記載の発明は、自動車の操舵を補助する電動式のパワーステアリング装置であって、請求項５に記載のモータと、ステアリングホイールに加えられる回転力を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサからの出力に基づいて前記モータを制御する制御ユニットとを備える。

請求項７に記載の発明は、所定の中心軸を中心とする略環状の固定部と、前記中心軸を中心とする略環状であり、前記固定部の内側または外側に配置されるとともに前記中心軸を中心として前記固定部に対して回転可能に支持された回転部とを備えるレゾルバの製造方法であって、ａ）前記中心軸を中心として放射状に配置される複数のティースと、前記複数のティースを一方の端部から支持するコアバックと、前記複数のティースおよび前記コアバックの表面を被覆するインシュレータとを備える前記固定部を準備する工程と、ｂ）２つの出力導線のうちの少なくとも１つの出力導線のそれぞれを前記インシュレータ上から各ティースに第１ターン数にて多層に巻回することにより、複数の出力コイルを形成する工程と、ｃ）前記各ティースに励磁導線を前記少なくとも１つの出力導線の上に重ねて前記第１ターン数よりも少ない第２ターン数にて巻回することにより複数の励磁コイルを形成する工程とを備える。

本発明によれば、各ティースにおいて出力コイルを励磁コイルよりも先に形成することにより、出力コイルの巻崩れの発生を抑制してレゾルバの検出精度を容易に向上することができる。

また、請求項４の発明では、各ティースにおいて２つの出力導線の一方のみにより出力コイルが形成されることにより、出力コイルの巻崩れの発生をさらに抑制することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るレゾルバを備える電動式のパワーステアリング装置６を示す図である。パワーステアリング装置６は、自動車の操舵の補助に利用される。

図１に示すように、パワーステアリング装置６は、ステアリングホイール（ハンドル）や車軸等のステアリング機構に接続されるシャフト部６１、ステアリングホイールに加えられる回転力（トルク）を検出するトルクセンサ６２、トルクセンサ６２からの出力に基づいて必要なアシスト力を算出する制御ユニット６３、制御ユニット６３からの出力に基づいて回転力を発生する（すなわち、制御ユニット６３により制御される）モータ１、および、回転数を減速しつつモータ１の回転力をステアリング機構に伝える減速機構６４を備える。

パワーステアリング装置６が搭載された自動車では、操作者からステアリングホイールに加えられる回転力に基づいてパワーステアリング装置６のモータ１が駆動され、モータ１の回転力によりステアリングホイールの回転を補助することにより、自動車のエンジン出力を直接的に利用することなく、比較的小さい力で操作者がステアリングホイールを操作することが可能とされる。

図２は、モータ１を示す平面図であり、図３は、モータ１を図２中のＡ−Ａの位置にて切断した縦断面図である。図３では、モータ１の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示しており、また、ハウジング２１に対する平行斜線の付与を省略している。図３に示すように、モータ１はインナーロータ型のモータであり、固定組立体であるモータステータ部２、回転組立体であるモータロータ部３、モータロータ部３を中心軸Ｊ１を中心にモータステータ部２に対して回転可能に支持する軸受機構４、および、モータロータ部３のモータステータ部２に対する角度位置を検出（測定）する角度位置検出装置であるバリアブルリラクタンス型のレゾルバ５を備える。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってレゾルバ５側を上側、モータステータ部２およびモータロータ部３側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

モータステータ部２は、略有底円筒状のハウジング２１、ハウジング２１の内周面に取り付けられる電機子２２、電機子２２の上側においてハウジング２１に取り付けられるとともに電機子２２を外部電源に接続するバスバーユニット２３、および、バスバーユニット２３の上側に取り付けられる略円筒状のブラケット２４を備える。

電機子２２は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア２２１を備え、ステータコア２２１は、環状のコアバック２２１１、および、コアバック２２１１から中心軸Ｊ１に向かって伸びる複数（本実施の形態では、１２本）のティース２２１２を備える。電機子２２は、また、ステータコア２２１の表面を被覆する絶縁体により形成されたインシュレータ２２２、および、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数のティース２２１２にインシュレータ２２２を介してに導線を巻回することにより形成された複数のコイル２２３を備える。

モータロータ部３は、中心軸Ｊ１を中心とするシャフト３１、シャフト３１の周囲に固定された略円筒状のヨーク３２、ヨーク３２の外周面に接着剤により固定された界磁用磁石３３、および、界磁用磁石３３の外側を覆って界磁用磁石３３のヨーク３２からの脱落を防止する非磁性材料により形成されたカバー部材３４を備える。ヨーク３２は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。モータ１では、電機子２２の中心軸Ｊ１側に界磁用磁石３３が配置されており、電機子２２と界磁用磁石３３との間で中心軸Ｊ１を中心とする回転力（トルク）を発生する。

軸受機構４は、ブラケット２４の内周面に取り付けられる上部ボールベアリング４２、および、ハウジング２１の底部中央に取り付けられる下部ボールベアリング４３を備える。モータロータ部３のシャフト３１は、ブラケット２４の開口を介してブラケット２４の上側に突出するとともに、上部ボールベアリング４２および下部ボールベアリング４３により回転可能に支持される。

レゾルバ５は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状の固定部であるレゾルバステータ部５１、および、ヨーク３２の上側、かつ、レゾルバステータ部５１の内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）においてモータロータ部３のシャフト３１に固定されるとともに中心軸Ｊ１を中心とする略環状のレゾルバロータ部５２を備える。回転部であるレゾルバロータ部５２は、略円環板状の磁性鋼板が積層されて形成されたロータコア５２１を備える。レゾルバステータ部５１およびレゾルバロータ部５２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円弧状のバスバーユニット２３の内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に配置される。

レゾルバステータ部５１は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成されるとともにブラケット２４の内周面に固定されるステータコア５１１を備え、ステータコア５１１は、環状のコアバック５１１１、および、コアバック５１１１から中心軸Ｊ１に向かって伸びる複数（本実施の形態では、１６本）のティース５１１２を備える。換言すれば、複数のティース５１１２は、先端をレゾルバロータ部５２に対向させつつレゾルバロータ部５２とは反対側の端部からコアバック５１１１により支持されている。

レゾルバステータ部５１は、また、ステータコア５１１（すなわち、複数のティース５１１２およびコアバック５１１１）の表面を被覆する絶縁体（本実施の形態では、熱可塑性の樹脂）により形成されたインシュレータ５１２、および、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数のティース５１１２にインシュレータ５１２上から巻回されることにより複数のコイル５１３を形成する複数（本実施の形態では、３本）の導線を備える。後述するように、レゾルバ５では各コイル５１３が、１相の励磁コイルと１相の出力コイルの集合となっている（すなわち、コイル５１３は複数の導線により形成されたコイル群と捉えることができる。）。

図４は、レゾルバ５の一部およびシャフト３１を示す平面図である。図４では、図示の都合上、レゾルバステータ部５１のコイル５１３（図３参照）の図示を省略しており、中央のシャフト３１の断面を平行斜線を付すことなく示している。図４に示すように、シャフト３１が嵌め込まれるレゾルバロータ部５２のロータコア５２１は、平面視において非真円状であり、レゾルバステータ部５１の内周面（すなわち、複数のティース５１１２の中心軸Ｊ１側の先端面を含む円筒面であり、図４中において二点鎖線５１０にて示す。）との間にギャップを介して配置される。

モータ１では、図３に示すモータステータ部２の電機子２２とモータロータ部３の界磁用磁石３３との間に発生する回転力によりシャフト３１が中心軸Ｊ１を中心として回転し、これにより、図４に示すレゾルバロータ部５２のロータコア５２１も中心軸Ｊ１を中心としてモータロータ部３（図３参照）と共に回転する。また、上述のように、レゾルバステータ部５１はブラケット２４を介してモータステータ部２（図３参照）に固定されているため、レゾルバ５では、レゾルバロータ部５２のロータコア５２１が、シャフト３１および軸受機構４を介して、中心軸Ｊ１を中心としてレゾルバステータ部５１に対して回転可能に支持されている。

図５は、モータ１を図２中のＢ−Ｂの位置にて切断した縦断面の一部を示す図である。図５に示すように、レゾルバ５は、レゾルバステータ部５１を外部配線であるリード線５５に接続するコネクタ部５３をさらに備え、レゾルバステータ部５１は、リード線５５を介して外部制御部である制御ユニット６３（図１参照）に接続される。コネクタ部５３は、レゾルバステータ部５１から径方向の外側（すなわち、中心軸Ｊ１から離れる方向）に突出しており、略円弧状のバスバーユニット２３（図３参照）の中心軸Ｊ１を中心とする周方向における開口に配置される。

コネクタ部５３は、レゾルバステータ部５１から径方向の外側（すなわち、中心軸Ｊ１から離れる方向）に突出する端子台５３１、および、端子台５３１から中心軸Ｊ１方向の上側に中心軸Ｊ１に平行に（すなわち、中心軸Ｊ１に垂直な平面に略垂直に）突出するとともに中心軸Ｊ１に垂直な方向に配列される複数（本実施の形態では、６本）の端子ピン５３２を備える。ただし、図５では、図示の都合上、１本の端子ピン５３２のみを描いている。本実施の形態では、端子ピン５３２は銅により形成されている。

端子台５３１は熱可塑性の樹脂により形成されており、同じく熱可塑性の樹脂により形成されたインシュレータ５１２と一体的に形成される。端子台５３１およびインシュレータ５１２は、中心軸Ｊ１方向において上下２つに分割されており、図６に示す第１分割体５４１と、端子台５３１に対応する部分を除いて第１分割体５４１と同様の形状となる第２分割体とが、図５に示すレゾルバステータ部５１のステータコア５１１に中心軸Ｊ１方向の上下から取り付けられる。

図７は、第１分割体５４１および端子ピン５３２を示す平面図であり、図８は、第１分割体５４１および端子ピン５３２を図７中のＣ−Ｃの位置にて切断した縦断面図である。図７では、図示の都合上、図２中のモータ１とは向きを変えて、第１分割体５４１の端子台５３１（図５参照）に対応する部位が中心軸Ｊ１の右側方に位置するように描いている。

図７および図８に示すように、角柱状の複数の端子ピン５３２はそれぞれ、Ｌ字型のレゾルバ端子５３３の一部であり、各レゾルバ端子５３３の端子ピン５３２とは反対側の端部５３３１は、第１分割体５４１の端子台５３１に対応する部位の外側の側面（すなわち、中心軸Ｊ１から最も離れた側面）から外側に向かって突出し、リード線５５（図５参照）を介して制御ユニット６３に接続される。第１分割体５４１の端子台５３１に対応する部位に設けられる複数のレゾルバ端子５３３は、インサート成形により第１分割体５４１と一体的に形成される。換言すれば、複数の端子ピン５３２は、インサート成形により端子台５３１に固定されている。

図９は、レゾルバステータ部５１を示す平面図である。図９に示すように、複数のコイル５１３を形成する複数の（３本の）導線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、コネクタ部５３の端子台５３１上において、インシュレータ５１２のコアバック５１１１上に形成された中心軸Ｊ１に垂直な環状面５１２１から複数の端子ピン５３２へと至る領域５３１１に配線される。以下の説明では、端子台５３１上の領域５３１１を「配線面５３１１」という。３本の導線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の両端は、複数の端子ピン５３２に溶接により接合され、複数の端子ピン５３２を介して（すなわち、コネクタ部５３を介して）制御ユニット６３に接続される。

詳細には、各導線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、図９に示すように、一方の端部が端子ピン５３２に巻回された状態で、端子台５３１の配線面５３１１上を経由してステータコア５１１側へと導かれ、インシュレータ５１２上から複数のティース５１１２に順次巻回される（正確には、導線Ｌ２，Ｌ３は半数のティース５１１２のみに巻回される。）。実際には、周方向に互いに隣接するティース５１１２間には、図９中にて符号５１２２を付す突起部を経由する渡り線が存在するが、図９では渡り線の図示を省略している（後述の図１３および図１４において同様）。

ティース５１１２に巻回された各導線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、配線面５３１１上を再び経由して端子ピン５３２側へと導かれ、一方の端部が巻回された端子ピン５３２とは異なる端子ピン５３２に他方の端部が巻回される。レゾルバ５では、３本の導線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の端部が互いに異なる端子ピン５３２に巻回されており、２本の導線Ｌ２，Ｌ３により出力コイルが形成され、残りの１本の導線Ｌ１により励磁コイルが形成される。以下、導線Ｌ２，Ｌ３を出力導線と呼び、導線Ｌ１を励磁導線と呼ぶ。

図１０は、複数のティース５１１２における出力コイルと励磁コイルとを示す図である。図１０では中心軸Ｊ１を中心とする周方向において連続して並ぶ複数のティース５１１２の断面（ティース５１１２が伸びる方向に垂直な断面）を横方向に並べて図示するとともに（ただし、インシュレータ５１２の図示は省略している。）、励磁導線Ｌ１により形成される励磁コイルを符号Ｃ１を付す実線の楕円にて示し、出力導線Ｌ２により形成される出力コイルを符号Ｃ２を付す破線の楕円にて示し、出力導線Ｌ３により形成される出力コイルを符号Ｃ３を付す一点鎖線の楕円にて示している（後述の図１５および図１９において同様）。

図１０に示すように、レゾルバ５では、２つの出力導線Ｌ２，Ｌ３のうちの一方の出力導線のみが（インシュレータ５１２上から）各ティース５１１２に巻回されて（実際には、多層に巻回される。）出力コイルＣ２，Ｃ３が形成されており、出力導線Ｌ２により形成される出力コイルＣ２および出力導線Ｌ３により形成される出力コイルＣ３は周方向において複数のティース５１１２に交互に形成される。また、ティース５１１２では、励磁導線Ｌ１をコイルＣ２，Ｃ３（すなわち、出力導線Ｌ２，Ｌ３）の上に重ねて巻回することにより励磁コイルＣ１が形成される。このように、本実施の形態のレゾルバ５では、各ティース５１１２において一方の出力導線Ｌ２，Ｌ３のみにより形成される出力コイルＣ２，Ｃ３の外側に励磁コイルＣ１が形成される。実際には、各ティース５１１２が伸びる方向（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする径方向）における出力コイルＣ２，Ｃ３の幅と励磁コイルＣ１の幅とはおよそ同じとされ、出力コイルＣ２，Ｃ３のターン数（巻数）は励磁コイルＣ１のターン数よりも多くされる。なお、励磁導線Ｌ１および出力導線Ｌ２，Ｌ３の太さ（直径）は等しくされる。

次に、レゾルバ５の製造工程において行われる励磁導線Ｌ１および出力導線Ｌ２，Ｌ３の取り付けについて図１１を参照しつつ説明する。励磁導線Ｌ１および出力導線Ｌ２，Ｌ３の取り付けを行う際には、まず、コネクタ部５３と一体的に形成されたインシュレータ５１２（すなわち、第１分割体５４１および第２分割体）がステータコア５１１に上下から取り付けられる。これにより、図１２に示すように、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置される複数のティース５１１２、複数のティース５１１２を一方の端部から支持する環状のコアバック５１１１、並びに、複数のティース５１１２およびコアバック５１１１の表面を被覆するインシュレータ５１２を備えるレゾルバステータ部５１（ただし、励磁コイルＣ１および出力コイルＣ２，Ｃ３を除く。）がコネクタ部５３と共に形成されて準備される（ステップＳ１１）。

コネクタ部５３およびレゾルバステータ部５１が準備されると、導線の端部を１本の端子ピン５３２の付け根近傍にて巻線機の保持部により固定しつつ、導線を吐き出す巻線機のノズルが端子ピン５３２の周囲を複数回転することにより、導線（出力コイルＣ２用の導線であるため、以下、「出力導線Ｌ２」という。）が端子ピン５３２に巻回される。続いて、巻線機のノズルがコネクタ部５３の配線面５３１１およびインシュレータ５１２の環状面５１２１を越えて１本のティース５１１２へと向かい、ティース５１１２の周囲において回転することにより、ティース５１１２にインシュレータ５１２上から出力導線Ｌ２が巻回される。

具体的には、巻線機のノズルが一定の角速度にてティース５１１２の周囲を回りつつティース５１１２の付け根部側から先端側（すなわち、コアバック５１１１側から中心軸Ｊ１側）へとほぼ一定の速度にて移動することにより、ティース５１１２に出力導線Ｌ２が巻回されて出力コイルＣ２の最も内側（ティース５１１２側）の第１の層が形成される。続いて、巻線機のノズルがティース５１１２の周囲を回りつつティース５１１２の先端側から付け根部側へと移動することにより、第１の層上からティース５１１２に出力導線Ｌ２が巻回されて第２の層が形成される。さらに、巻線機のノズルがティース５１１２の周囲を回りつつティース５１１２の付け根部と先端との間を往復することにより、往路にて第２の層上に第３の層が形成され、復路にて第３の層上に第４の層が形成される。

このように、巻線機のノズルがティース５１１２の付け根部と先端との間を２往復することにより、第１ないし第４の層にて構成される出力コイルＣ２がティース５１１２に形成される。なお、出力コイルＣ２の第１ないし第４の層は、必ずしも全ての位置にてティース５１１２から離れる方向に向かって正確に積み重なる訳ではないが、出力コイルＣ２の全体では４層のコイルが形成されていると捉えることができる。

このとき、出力コイルＣ２の第１ないし第４の層において、ティース５１１２が伸びる方向（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする径方向）における幅は一定とされるとともに、各層のターン数も一定とされる。本実施の形態におけるレゾルバ５では、ティース５１１２に形成される出力コイルＣ２のターン数が１２４とされ、出力コイルＣ２の各層におけるターン数は３１ターンとされる。

１本のティース５１１２に対する出力導線Ｌ２の巻回が完了すると、巻線機のノズルはこのティース５１１２から周方向に１本のティース５１１２を挟んで存在するティース５１１２へと移動し、上記動作と同様にして当該ティース５１１２に出力コイルＣ２が形成される。このようにして、図１３に示すように、中心軸Ｊ１を中心とする円周上に等間隔にて配置される複数のティース５１１２のうち、当該円周に沿って１つ置きに存在するティース５１１２に対して同様の出力コイルＣ２が順次形成される。

半数の（８個の）ティース５１１２に対する出力導線Ｌ２の巻回が完了すると、出力導線Ｌ２が、インシュレータ５１２の環状面５１２１およびコネクタ部５３の配線面５３１１を越えて端子ピン５３２側へと導かれ、巻線機のノズルが端子ピン５３２の周囲を複数回転することにより出力導線Ｌ２が端子ピン５３２に巻回される。そして、巻線機のノズルの先端において出力導線Ｌ２が切断され、１本の出力導線Ｌ２の取り付けが終了する。

続いて、出力導線Ｌ２の取り付けの場合と同様に、巻線機のノズルから吐き出される導線（出力コイルＣ３用の導線であるため、以下、「出力導線Ｌ３」という。）が端子ピン５３２に巻回された後、複数のティース５１１２のうち出力コイルＣ２が形成されていないティース５１１２に順次巻回され、周方向に沿って１つ置きに存在するティース５１１２に対して出力コイルＣ２と同様の出力コイルＣ３が形成される。そして、出力導線Ｌ３が端子ピン５３２に巻回され、出力導線Ｌ３の取り付けが終了する。これにより、２つの出力導線Ｌ２，Ｌ３が周方向において複数のティース５１１２に交互に巻回され、図１４に示すように、全てのティース５１１２に出力コイルＣ２，Ｃ３が形成される（ステップＳ１２）。もちろん、最初に出力コイルＣ３を形成し、その後出力コイルＣ２が形成されてもよい。

複数の出力コイルＣ２，Ｃ３が形成されると、出力導線Ｌ２，Ｌ３の取り付けの場合と同様に、巻線機のノズルから吐き出される導線（励磁コイルＣ１用の導線であるため、以下、「励磁導線Ｌ１」という。）が端子ピン５３２に巻回された後、巻線機のノズルが１本のティース５１１２へと向かい、ティース５１１２の周囲において回転することにより、ティース５１１２に励磁導線Ｌ１が出力導線Ｌ２，Ｌ３の上に重ねて巻回される。

このとき、巻線機のノズルがティース５１１２の付け根部と先端との間を１往復することにより、第１および第２の層にて構築される励磁コイルＣ１がティース５１１２に形成される。ティース５１１２が伸びる方向における励磁コイルＣ１の幅は出力コイルＣ２，Ｃ３と等しくされるとともに、励磁コイルＣ１の第１および第２の層においてターン数は一定とされる。本実施の形態におけるレゾルバ５では、ティース５１１２に形成される励磁コイルＣ１のターン数が３６とされ、励磁コイルＣ１の各層におけるターン数は１８ターンとされており、ティース５１１２において、出力コイルＣ２，Ｃ３の各層における出力導線Ｌ２，Ｌ３の巻回ピッチ（すなわち、ティース５１１２が伸びる方向における各層の幅を当該層のターン数で除した値であり、巻線ピッチとも呼ばれる。）と励磁コイルＣ１の各層における励磁導線Ｌ１の巻回ピッチとが異なっている。

１本のティース５１１２に対する励磁導線Ｌ１の巻回が完了すると、巻線機のノズルは周方向においてこのティース５１１２に隣接するティース５１１２へと移動し、上記動作と同様にして当該ティース５１１２に励磁コイルＣ１が形成される。このようにして、励磁導線Ｌ１が全てのティース５１１２に巻回されて、同様の形状の複数の励磁コイルＣ１が形成され、その後、励磁導線Ｌ１が端子ピン５３２に巻回されて励磁導線Ｌ１の取り付けが終了する（ステップＳ１３）。これにより、図９に示すレゾルバステータ部５１が完成し、レゾルバステータ部５１は、別途組み立てられるレゾルバロータ部５２と共にモータ１に組み込まれて、モータ１の角度位置の検出に利用される。

図１５は、比較例のレゾルバステータ部の複数のティース９１における出力コイルＣ２，Ｃ３と励磁コイルＣ１を示す図であり、図１０に対応する図である。図１５に示すように、比較例のレゾルバステータ部では、励磁導線を各ティース９１に巻回して励磁コイルＣ１が形成され、その後、励磁コイルＣ１上に出力導線を巻回することにより出力コイルＣ２，Ｃ３が形成される。比較例のレゾルバステータ部における励磁コイルＣ１および出力コイルＣ２，Ｃ３のターン数は、図９のレゾルバステータ部５１と同じであるが、励磁コイルＣ１上に形成される出力コイルＣ２，Ｃ３では、図９のレゾルバステータ部５１にてティース５１１２上にインシュレータ５１２を介して直接巻回される出力コイルＣ２，Ｃ３に比べて程度の大きい巻崩れが生じてしまう。

図１６および図１７は、モータを１回転してレゾルバにより角度位置を検出した際の、モータの実際の角度位置とレゾルバによる検出誤差（測定誤差）との関係を示す図であり、図１６は比較例のレゾルバステータ部を用いた場合の当該関係を示し、図１７は図９のレゾルバステータ部５１を用いた場合の当該関係を示している。また、図１６および図１７の横軸はモータの実際の角度位置を示し、縦軸はレゾルバによる検出誤差を示す。

比較例のレゾルバステータ部を有するレゾルバでは、図１６に示すように最大で１．９°の検出誤差が生じてしまうが、図９のレゾルバステータ部５１を有するレゾルバ５では、図１７に示すように検出誤差は０．８°以下に抑制され、レゾルバ５では検出精度（測定精度）が向上することが判る。

以上に説明したように、レゾルバ５では、出力導線Ｌ２，Ｌ３を各ティース５１１２に巻回して出力コイルＣ２，Ｃ３が形成され、その後、出力コイルＣ２，Ｃ３上に励磁導線Ｌ１を巻回して励磁コイルＣ１が形成されることにより、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れが抑制される。これにより、レゾルバ５では検出精度を容易に向上することが実現され、レゾルバ５を備えるモータ１およびパワーステアリング装置６の動作の精度も向上されることとなる。

また、レゾルバステータ部５１では、出力コイルＣ２，Ｃ３の各層における出力導線Ｌ２，Ｌ３の巻回ピッチが、励磁コイルＣ１の各層における励磁導線Ｌ１の巻回ピッチよりも小さくされ、密に形成された出力コイルＣ２，Ｃ３の上に重ねて出力コイルＣ２，Ｃ３よりも疎となる励磁コイルＣ１が形成されるため、励磁コイルＣ１の巻崩れも抑制して、レゾルバ５の検出精度をさらに向上することができる。

図１８はレゾルバの他の例を示す図である。図１８のレゾルバ５ａは、中心軸Ｊ１を中心とする略環状の固定部であるレゾルバステータ部５１ａ、および、レゾルバステータ部５１ａの外側に配置される略環状のレゾルバロータ部５２ａを備える。回転部であるレゾルバロータ部５２ａは、略円環板状の磁性鋼板が積層されて形成されたロータコア５２１を備える。

図１８のレゾルバステータ部５１ａでは、環状のコアバック５１１１、および、コアバック５１１１から外側（中心軸Ｊ１から離れる方向）に伸びる複数（本実施の形態では、１６本）のティース５１１２によりステータコア５１１が構成され、複数のティース５１１２の先端がレゾルバロータ部５２に対向する。レゾルバステータ部５１ａは、また、ステータコア５１１（すなわち、複数のティース５１１２およびコアバック５１１１）の表面を被覆するインシュレータ５１２を有する。レゾルバステータ部５１ａでは、図９のレゾルバステータ部５１と同様に、出力導線Ｌ２，Ｌ３をインシュレータ５１２上から各ティース５１１２に所定のターン数にて多層に巻回することにより複数の出力コイルＣ２，Ｃ３が形成され、各ティース５１１２に励磁導線Ｌ１を出力導線Ｌ２，Ｌ３の上に重ねて出力コイルＣ２，Ｃ３のターン数よりも少ないターン数にて巻回することにより複数の励磁コイルＣ１が形成される（図１０参照）。

また、レゾルバロータ部５２ａはレゾルバステータ部５１ａに対して回転可能に支持されており、レゾルバロータ部５２ａのロータコア５２１は、レゾルバステータ部５１ａの外周面（すなわち、複数のティース５１１２の外側の先端面を含む円筒面であり、図１８中において二点鎖線５１０にて示す。）との間にギャップを介して配置される。

図１８に示すアウターロータタイプのレゾルバ５ａにおいても、ターン数の多い出力コイルＣ２，Ｃ３をターン数の少ない励磁コイルＣ１よりも先に形成することにより、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れを抑制して、レゾルバ５の検出精度を容易に向上することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

図４および図１８のレゾルバ５，５ａでは、各ティース５１１２において一方の出力導線Ｌ２，Ｌ３のみが各ティース５１１２に巻回されて１つの出力コイルＣ２，Ｃ３が形成されるが、図１９に示すように、出力導線Ｌ２が各ティース５１１２に巻回されて１つの出力コイルＣ２が形成された後、出力コイルＣ２上に重ねて出力導線Ｌ３をティース５１１２に巻回することによりもう１つの出力コイルＣ３が形成され、さらに、出力コイルＣ３上に重ねて励磁導線Ｌ１を巻回することにより励磁コイルＣ１が形成されてもよい。この場合でも、励磁導線Ｌ１をティース５１１２に先に巻回して出力コイルＣ２，Ｃ３の内側に励磁コイルＣ１を形成する場合に比べて、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れを抑制することができ、レゾルバ５の検出精度を容易に向上することができる。

以上のように、レゾルバ５，５ａでは、２つの出力導線Ｌ２，Ｌ３のうちの少なくとも１つの出力導線Ｌ２，Ｌ３のそれぞれをインシュレータ５１２上から各ティース５１１２に巻回することにより複数の出力コイルＣ２，Ｃ３を形成し、各ティース５１１２に励磁導線Ｌ１を少なくとも１つの出力導線Ｌ２，Ｌ３の上に重ねて巻回することにより複数の励磁導線Ｌ１を形成して、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れの発生を抑制することが重要となる。ただし、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れの発生をさらに抑制するには、２つの出力導線Ｌ２，Ｌ３を周方向において複数のティース５１１２に交互に巻回して、各ティース５１１２において２つの出力導線Ｌ２，Ｌ３の一方のみにより励磁コイルＣ１の内側に１つの出力コイルＣ２，Ｃ３を形成することが好ましい。

出力コイルＣ２，Ｃ３のターン数を第１ターン数とし、励磁コイルＣ１のターン数を第２ターン数として、上記実施の形態では、第１ターン数が１２４とされ、第２ターン数が３６とされるが、これらのターン数は一例に過ぎず、例えば、第１ターン数が１２８とされ、第２ターン数が３２とされてもよい。この場合、出力コイルＣ２，Ｃ３の各層におけるターン数は３２とされ、励磁コイルＣ１の各層におけるターン数は１６とされる。また、第１ターン数が１２７とされ、第２ターン数が３３とされてもよく、この場合、出力コイルＣ２，Ｃ３および励磁コイルＣ１のそれぞれにおいて、各層におけるターン数は一定とはならない。このように、レゾルバ５，５ａの第１ターン数および第２ターン数はレゾルバ５，５ａの設計に応じて適宜変更可能である。

ところで、各ティース５１１２において第１ターン数が第２ターン数の３倍以上となると、ほぼ確実に出力コイルＣ２，Ｃ３の層の数が励磁コイルＣ１よりも多くされるため、この場合に、出力コイルＣ２，Ｃ３よりも先に（すなわち、出力コイルＣ２，Ｃ３の内側に）励磁コイルＣ１を形成すると、出力コイルＣ２，Ｃ３の巻崩れの程度が大きくなってしまう。したがって、各ティース５１１２において励磁コイルＣ１よりも先に出力コイルＣ２，Ｃ３を形成する上記手法は、第１ターン数が第２ターン数の３倍以上（通常、６倍以下）となる場合に用いられることがより好ましい。

図４および図１８のレゾルバ５，５ａにおけるティース５１１２の個数、および、ロータコア５２１の形状は一例に過ぎず、レゾルバ５，５ａの設計に応じて適宜変更されてよい。

電動式のモータ１は、電動式パワーステアリング装置の回転力発生機構以外にも、電気自動車やハイブリッド車の駆動源として用いられてもよい。また、モータ１は、自動車等の車両に係る他の回転装置として用いられてもよく、その他、車両に搭載される装置以外の様々な装置の駆動源として利用されてよい。上記実施の形態に係るレゾルバは、モータ１以外の他の回転装置の角度位置を検出する角度位置検出装置として利用されてもよい。

パワーステアリング装置を示す図である。 モータの平面図である。 モータの縦断面図である。 レゾルバの一部およびシャフトを示す平面図である。 モータの一部を示す縦断面図である。 第１分割体の斜視図である。 第１分割体および端子ピンを示す平面図である。 第１分割体および端子ピンを示す縦断面図である。 レゾルバステータ部およびコネクタ部を示す平面図である。 複数のティースにおける出力コイルと励磁コイルを示す図である。 励磁導線および出力導線の取り付けの流れを示す図である。 製造途上におけるレゾルバステータ部を示す平面図である。 製造途上におけるレゾルバステータ部を示す平面図である。 製造途上におけるレゾルバステータ部を示す平面図である。 比較例のレゾルバステータ部における出力コイルと励磁コイルを示す図である。 比較例のモータにおけるモータの角度位置とレゾルバによる検出誤差との関係を示す図である。 モータの角度位置とレゾルバによる検出誤差との関係を示す図である。 レゾルバの他の例を示す平面図である。 レゾルバステータ部の他の例における出力コイルと励磁コイルを示す図である。

符号の説明

１ モータ
２ モータステータ部
３ モータロータ部
４ 軸受機構
５，５ａ レゾルバ
６ パワーステアリング装置
２２ 電機子
３３ 界磁用磁石
５１，５１ａ レゾルバステータ部
５２，５２ａ レゾルバロータ部
６２ トルクセンサ
６３ 制御ユニット
５１２ インシュレータ
５１１１ コアバック
５１１２ ティース
Ｃ１ 励磁コイル
Ｃ２，Ｃ３ 出力コイル
Ｊ１ 中心軸
Ｌ１ 励磁導線
Ｌ２，Ｌ３ 出力導線
Ｓ１１〜Ｓ１３ ステップ

Claims (7)

1. レゾルバであって、
   所定の中心軸を中心とする略環状の固定部と、
   前記中心軸を中心とする略環状であり、前記固定部の内側または外側に配置されるとともに前記中心軸を中心として前記固定部に対して回転可能に支持された回転部と、
   を備え、
   前記固定部が、
   前記中心軸を中心として放射状に配置されるとともに、先端が前記回転部に対向する複数のティースと、
   前記複数のティースを前記先端とは反対側の端部から支持するコアバックと、
   前記複数のティースおよび前記コアバックの表面を被覆するインシュレータと、
   ２つの出力導線のうちの少なくとも１つの出力導線のそれぞれを前記インシュレータ上から各ティースに第１ターン数にて多層に巻回することにより形成された複数の出力コイルと、
   前記各ティースに励磁導線を前記少なくとも１つの出力導線の上に重ねて前記第１ターン数よりも少ない第２ターン数にて巻回することにより形成された複数の励磁コイルと、
   を備えることを特徴とするレゾルバ。
2. 請求項１に記載のレゾルバであって、
   前記各ティースにおいて、前記第１ターン数が前記第２ターン数の３倍以上であることを特徴とするレゾルバ。
3. 請求項１または２に記載のレゾルバであって、
   前記各ティースにおいて、出力コイルの各層における出力導線の巻回ピッチと励磁コイルの各層における前記励磁導線の巻回ピッチとが異なることを特徴とするレゾルバ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のレゾルバであって、
   前記２つの出力導線が、前記中心軸を中心とする周方向において前記複数のティースに交互に巻回されることを特徴とするレゾルバ。
5. 電動式のモータであって、
   請求項１ないし４のいずれかに記載のレゾルバと、
   電機子を有するモータステータ部と、
   前記電機子との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに前記レゾルバの前記回転部が固定されるモータロータ部と、
   前記モータロータ部を前記中心軸を中心に前記モータステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、
   を備えることを特徴とするモータ。
6. 自動車の操舵を補助する電動式のパワーステアリング装置であって、
   請求項５に記載のモータと、
   ステアリングホイールに加えられる回転力を検出するトルクセンサと、
   前記トルクセンサからの出力に基づいて前記モータを制御する制御ユニットと、
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
7. 所定の中心軸を中心とする略環状の固定部と、前記中心軸を中心とする略環状であり、前記固定部の内側または外側に配置されるとともに前記中心軸を中心として前記固定部に対して回転可能に支持された回転部とを備えるレゾルバの製造方法であって、
   ａ）前記中心軸を中心として放射状に配置される複数のティースと、前記複数のティースを一方の端部から支持するコアバックと、前記複数のティースおよび前記コアバックの表面を被覆するインシュレータとを備える前記固定部を準備する工程と、
   ｂ）２つの出力導線のうちの少なくとも１つの出力導線のそれぞれを前記インシュレータ上から各ティースに第１ターン数にて多層に巻回することにより、複数の出力コイルを形成する工程と、
   ｃ）前記各ティースに励磁導線を前記少なくとも１つの出力導線の上に重ねて前記第１ターン数よりも少ない第２ターン数にて巻回することにより複数の励磁コイルを形成する工程と、
   を備えることを特徴とするレゾルバの製造方法。

Images