專利名稱：解角器、馬達(dá)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變磁阻型解角器(resolver)、具有這種解角器的電 動(dòng)馬達(dá)，以及動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置被用作用于輔助汽車等的轉(zhuǎn)向的裝置， 其中，泵通過引擎輸出來產(chǎn)生液壓以輔助轉(zhuǎn)向。另外，電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置(在 下文中，稱作"EPS")被用作用于輔助汽車等的轉(zhuǎn)向的裝置，其中，汽 車的車用電池使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。EPS不使用引擎輸出，并且與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向 裝置相比是更高效的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的高精度控制，EPS需要可操作用于檢測(cè)馬達(dá)的高 精度旋轉(zhuǎn)角度的角度檢測(cè)裝置。要求汽車在各種類型的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間地 精確操作。因此，要求作為汽車中的組件的EPS在上述環(huán)境中可靠。實(shí)現(xiàn)高精度并且與光學(xué)編碼器或磁編碼器相比環(huán)境適應(yīng)能力 (resistance)高的可變磁阻型解角器被用作EPS的角度檢測(cè)裝置。然而， 在這種解角器中，在輸出線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓中的諧波分量會(huì)對(duì)檢測(cè) 的精度產(chǎn)生影響，并且解角器的轉(zhuǎn)子的構(gòu)造會(huì)對(duì)諧波分量產(chǎn)生影響。因 此，為了提高解角器的檢測(cè)精度，存在多種可用于確定轉(zhuǎn)子的構(gòu)造的技 術(shù)。例如，日本特開專利公報(bào)No. 2698013公開了一種用于減小由于輸出 線圈的感應(yīng)電壓中所包括的諧波分量而導(dǎo)致的檢測(cè)誤差的技術(shù)。另外， 日本特開專利公報(bào)No. 3200405公開了一種用于減小由于從轉(zhuǎn)子泄漏的 磁通而導(dǎo)致的檢測(cè)誤差的技術(shù)。另外，日本特開專利公報(bào)No. 2005-49183 公開了一種使轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙磁導(dǎo)(gap permeance)接近正弦波 形的技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的解角器是可變磁阻型解角器。該解角器包括定子部， 該定子部為以預(yù)定中心軸為中心的大致環(huán)形，并具有勵(lì)磁線圈和輸出線 圈；以及轉(zhuǎn)子部，該轉(zhuǎn)子部通過該轉(zhuǎn)子部與所述定子部之間的間隙g徑 向地設(shè)置在所述定子部?jī)?nèi)。所述轉(zhuǎn)子部包括相對(duì)于所述定子部可旋轉(zhuǎn)地 支撐的芯。所述定子部和所述轉(zhuǎn)子部之間的間隙g可由下面的方程來計(jì) 算<formula>formula see original document page 5</formula>其中，gmax為間隙g的最大值，g^為間隙g的最小值，角度e被限定在基準(zhǔn)點(diǎn)和設(shè)置在所述芯的外周端部處的預(yù)定點(diǎn)之間，n是軸倍角(axial double angle)(正整數(shù))，K為系數(shù)。根據(jù)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其 它特征、要素、步驟、特性和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的馬達(dá)的示意性剖視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的解角器的一部分和軸的平面圖。圖4是表示通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的馬達(dá)的轉(zhuǎn)子部相對(duì)于 定子部的相對(duì)定位而限定的角度與檢測(cè)誤差之間的相互關(guān)系的曲線圖。圖5是表示通過傳統(tǒng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子部相對(duì)于定子部的相對(duì)定位而限定 的角度與檢測(cè)誤差之間的相互關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施方式
動(dòng)力轉(zhuǎn)向要注意的是，在這里對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的描述中，用來描述各個(gè)構(gòu)件之間的位置關(guān)系和方向的詞語(例如，上、下、左、右、向上、 向下、頂部和底部)僅表示附圖中的位置關(guān)系和方向。這些詞語并不表 示安裝在實(shí)際裝置中的構(gòu)件的位置關(guān)系和方向。另外，要注意的是，在 下面示出了標(biāo)號(hào)、圖號(hào)和補(bǔ)充說明，以幫助讀者在下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式 的描述中找到對(duì)應(yīng)的組件，以便于對(duì)本發(fā)明的理解。要理解的是，這些 表達(dá)絕不用來限制本發(fā)明的范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的具有可變磁阻型解角器的電動(dòng) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6的示意圖。動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6用于輔助汽車等的轉(zhuǎn)向。如圖1所示，優(yōu)選的是，動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6包括軸部61，其連接到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，例如方向盤、輪軸(axle)等；轉(zhuǎn)矩傳感器62，其檢測(cè)用于 轉(zhuǎn)向的旋轉(zhuǎn)力(轉(zhuǎn)矩)；控制單元63，其基于轉(zhuǎn)矩傳感器62的檢測(cè)來計(jì) 算用于輔助轉(zhuǎn)向所需的力；馬達(dá)l，其基于控制單元63的計(jì)算來產(chǎn)生旋 轉(zhuǎn)力；減速單元64，其使馬達(dá)l減速并使旋轉(zhuǎn)力傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6的交通工具中，動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6的馬達(dá)1根 據(jù)操作者施加到方向盤上的旋轉(zhuǎn)力而啟動(dòng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6基于由馬達(dá)1 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力來輔助方向盤。因此，動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置6輔助轉(zhuǎn)向而無需利 用引擎輸出。馬達(dá)圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的馬達(dá)1的示意性剖視圖。如圖 2所示，優(yōu)選的是，馬達(dá)l (內(nèi)轉(zhuǎn)子型馬達(dá))包括馬達(dá)定子部2，其為 固定組件；馬達(dá)轉(zhuǎn)子部3，其為可旋轉(zhuǎn)組件；軸承機(jī)構(gòu)4，其以與中心軸 Jl同心的方式相對(duì)于馬達(dá)定子部2可旋轉(zhuǎn)地支撐馬達(dá)轉(zhuǎn)子部3;以及可 變磁阻型解角器5，其為角度檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子部3相對(duì)于馬 達(dá)定子部2限定的角度。優(yōu)選的是，馬達(dá)定子部2包括與中心軸J1同心的圓柱部；外殼21， 其具有覆蓋圓柱部的下側(cè)的底部；電樞22，其設(shè)置在圓柱部的內(nèi)周面處; 母線(busbar) 23，其被設(shè)置為附連在電樞22上方的外殼21上，并將電 樞22連接到外部電極；大致環(huán)形的支架24，其設(shè)置在母線23上方。優(yōu)選的是，電樞22包括通過層疊多個(gè)薄硅鋼板而形成的定子芯221 。
優(yōu)選的是，定子芯221包括環(huán)形的芯背板(core back) 2211以及多個(gè)(在 本實(shí)施方式中為12個(gè))齒2212，該多個(gè)齒分別從芯背板2211朝向中心 軸J1延伸。優(yōu)選的是，電樞22包括絕緣體222,通過對(duì)定子芯221的 表面進(jìn)行涂層而形成；多個(gè)線圈223，分別是經(jīng)由絕緣體繞各個(gè)齒2212 纏繞導(dǎo)線而形成的。優(yōu)選的是，馬達(dá)轉(zhuǎn)子部3包括軸31，其以中心軸J1為中心；磁軛 (yoke) 32，其為大致圓柱形，并圍繞軸31附連；場(chǎng)磁鐵33，其通過粘 合劑附連在磁軛32的外周面；蓋構(gòu)件34，其覆蓋由非磁性材料制成的場(chǎng) 磁鐵33的外側(cè)，以保護(hù)場(chǎng)磁鐵33。通過層疊多個(gè)薄磁鋼板來形成磁軛 32。場(chǎng)磁鐵33設(shè)置在電樞22的中心軸側(cè)上。將在電樞22和場(chǎng)磁鐵33 之間以中心軸Jl為中心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力(轉(zhuǎn)矩)。優(yōu)選的是，軸承機(jī)構(gòu)4包括軸承保持器41，其為大致圓柱形，并 形成在支架24的大致中心處；上軸承保持器42，其設(shè)置在軸承保持器 41的內(nèi)周面處；以及下軸承保持器43，其設(shè)置在外殼21底部的大致中 心處。通過上軸承保持器42和下軸承保持器43可旋轉(zhuǎn)地支撐經(jīng)由軸承 保持器41的中心開口部從軸承保持器41和支架24向上突出的軸31 。優(yōu)選的是，解角器5包括解角器定子部51，其為關(guān)于中心軸Jl 同心的大致環(huán)形；以及解角器轉(zhuǎn)子部52，其被設(shè)置為在磁軛32上方在解 角器定子部51的內(nèi)側(cè)附連到軸31上。優(yōu)選的是，解角器轉(zhuǎn)子部53包括 通過層疊多個(gè)大致環(huán)形的磁鋼板而形成的定子芯521。解角器在下文中，將參照?qǐng)D2至圖5來描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的 解角器5。圖4是表示通過根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的馬達(dá)1的馬達(dá)轉(zhuǎn)子 部3相對(duì)于馬達(dá)定子部2的相^t定位限定的角度與檢測(cè)誤差之間的相互 關(guān)系的曲線圖。圖5是表示通過傳統(tǒng)馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)子部相對(duì)于馬達(dá)定子 部的相對(duì)定位限定的角度與檢測(cè)誤差之間的相互關(guān)系的曲線圖。要注意 的是，為了清楚的描述，圖3省略了線圈513和絕緣體512 (參見圖2)。 還要注意的是，描述了軸31的截面而沒有平行的對(duì)角線。在圖4和圖5 中分別還要注意的是，通過馬達(dá)轉(zhuǎn)子部3相對(duì)于電子定子部2的相對(duì)定 位限定的角度沿水平軸表示，而解角器5的檢測(cè)誤差沿垂直軸表示。如圖2中所示，優(yōu)選的是，解角器定子部51包括定子芯511，該定 子芯511是通過層疊多個(gè)薄磁鋼板而形成的，并且附連在軸承保持器41 的內(nèi)周面。優(yōu)選的是，定子芯511包括芯背板5111，其為大致環(huán)形； 多個(gè)(在本實(shí)施方式中為16個(gè)(即，16個(gè)磁極))齒5112，分別從芯背 板5111朝向中心軸J1延伸。優(yōu)選的是，解角器定子部51包括絕緣體 512，其是通過對(duì)定子芯511的表面進(jìn)行涂層而形成的；多個(gè)線圈513， 分別是經(jīng)由絕緣體512繞各個(gè)齒5112纏繞導(dǎo)線而形成的。要注意的是， 線圈513包括單相勵(lì)磁線圈和兩相輸出線圈。如圖3中所示，當(dāng)從上方觀察時(shí)，轉(zhuǎn)子芯521優(yōu)選地包括形成外周 面的曲線。轉(zhuǎn)子芯521通過解角器定子部51與轉(zhuǎn)子芯521之間的間隙而 設(shè)置在解角器定子部51的內(nèi)周面(參見點(diǎn)劃線510)處。根據(jù)本發(fā)明的 當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式，解角器定子部51的內(nèi)周面的直徑為大約20mnw另 外，通過層疊多個(gè)薄磁鋼板來形成轉(zhuǎn)子芯521。另外，優(yōu)選的是，通過單個(gè)磁鋼板來形成定子芯511和轉(zhuǎn)子芯521。 通過這種構(gòu)造，可以有效地利用磁鋼板，使得解角器5可以以較低的價(jià) 格出售。根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的馬達(dá)1，軸31由于電樞22和場(chǎng) 磁鐵33之間產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力而以中心軸Jl為中心旋轉(zhuǎn)。通過這種構(gòu)造， 圖3中所示的轉(zhuǎn)子芯521與馬達(dá)轉(zhuǎn)子部3 —起以中心軸Jl為中心旋轉(zhuǎn)。 如上所述，經(jīng)由軸承保持器41和支架24通過馬達(dá)定子部2 (參見圖2) 來固定解角器定子部51。因此，在根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的解 角器5中，經(jīng)由軸31和軸承機(jī)構(gòu)4相對(duì)于解角器定子部51可旋轉(zhuǎn)地支 撐解角器轉(zhuǎn)子部52的轉(zhuǎn)子芯521。如圖3中所示，優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)子芯521包括四個(gè)突起5211，其分別 遠(yuǎn)離中心軸J1自由地(loosely)向外突出。軸倍角n (即，在解角器5 的旋轉(zhuǎn)過程中，由轉(zhuǎn)子芯521輸出的角度的頻率；由正數(shù)表示的角度) 等于突起5211的數(shù)量，因此，軸倍角為4。根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施 方式的解角器5，轉(zhuǎn)子芯521和解角器定子部51之間的間隙g在各個(gè)突
起5211的外周端部處最小(gmin)，而在兩個(gè)相鄰?fù)黄鹬g的部分處最大(gmax)。根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式，gmin大約為0.35mm， gmax大約為1.45 mm。如圖3中所示，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)5210設(shè)定在突起5211之一的外周端部的 中心點(diǎn)處并且角度0被限定在基準(zhǔn)點(diǎn)5210和轉(zhuǎn)子芯521的外周端部上的預(yù)定點(diǎn)之間時(shí)，與0=0°、 90°、 180°、 270。相對(duì)應(yīng)的間隙的部分將產(chǎn)生gmin，并且與6=45°、 135°、 225°、 315。相對(duì)應(yīng)的間隙的部分將產(chǎn)生gmax。根據(jù)該可變磁阻型解角器，解角器定子部和轉(zhuǎn)子芯之間的間隙磁導(dǎo) 在轉(zhuǎn)子芯旋轉(zhuǎn)時(shí)近似于正弦波形，因此，使由于諧波分量潛在地導(dǎo)致的 檢測(cè)誤差最小化。當(dāng)在gm^的值、gr^的值、角度e、軸倍角n和系數(shù)K 被設(shè)定為由下面的方程表示的情況下限定間隙g時(shí)，間隙磁導(dǎo)近似為正 弦波形。g=iTii 、 i/i i 、~~+"1—cos(2"。)——+——)+三(---).cos("。具體地講，將在對(duì)系數(shù)K的釆用各種值的一系列模擬以確定檢測(cè)誤 差的最小值之后，確定最合適的系數(shù)K的范圍。此外，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以 確定系數(shù)K的最合適的值。根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式，系數(shù)K優(yōu) 選地在大約-0.024和0.000之間。如圖4和圖5中所示，根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式，為了確定轉(zhuǎn)子芯521的構(gòu)造，通過采用gma的值、gmi。的值、在基準(zhǔn)點(diǎn)5210和預(yù)定點(diǎn)之間限定的角度e、軸倍角n和系數(shù)K來計(jì)算間隙g。因此，將減少 與十六階分量相關(guān)的檢測(cè)誤差(即，根據(jù)定子芯511的槽的數(shù)量的某階 分量的測(cè)量誤差)的產(chǎn)生。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式 的解角器5，通過減小由于諧波分量而潛在地導(dǎo)致的檢測(cè)誤差來提高檢測(cè)精度。 '根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的解角器5適用于檢測(cè)要求高精度 的馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)子部的旋轉(zhuǎn)角度。此外，由于根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí) 施方式的解角器5與光學(xué)編碼器或磁編碼器相比環(huán)境適應(yīng)能力高，所以 具有解角器5的馬達(dá)將適于在汽車等中使用的電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置。述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是要理解的是， 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的 情況下進(jìn)行變化和修改。因此，本發(fā)明的范圍僅由后面的權(quán)利要求來確 定。例如，解角器5的軸倍角n (即，突起5211的數(shù)量)可以是4以外 的整數(shù)。當(dāng)軸倍角n的值是4以外的值時(shí)，將使得由于諧波分量而潛在 地導(dǎo)致的檢測(cè)誤差最小化。即，根據(jù)本發(fā)明的解角器5可以提高檢測(cè)的 精度，而與軸倍角n的值無關(guān)。另外，根據(jù)本發(fā)明的解角器5可以在解 角器定子部51處包括兩相勵(lì)磁線圈和單相輸出線圈。本發(fā)明的馬達(dá)1除了可用于電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置之外，還可用于電動(dòng) 自行車、混合動(dòng)力汽車、或者混合動(dòng)力汽車的發(fā)電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)源。根據(jù) 本發(fā)明的解角器5可用于對(duì)除了馬達(dá)1之外的旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行 檢測(cè)的角度檢測(cè)裝置。
權(quán)利要求
1、一種可變磁阻型解角器，該解角器包括解角器定子部，其為以預(yù)定中心軸為中心的大致環(huán)形，并且包括勵(lì)磁線圈和輸出線圈；以及轉(zhuǎn)子部，其具有與所述中心軸同心地設(shè)置的轉(zhuǎn)子芯，并被相對(duì)于所述解角器定子部可旋轉(zhuǎn)地支撐，并經(jīng)由該轉(zhuǎn)子部與所述解角器定子部之間的間隙g徑向地設(shè)置在所述解角器定子部?jī)?nèi)，其中，所述間隙g由下面的公式來計(jì)算
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的解角器，其中，所述系數(shù)K大于-0.024且 小于0.000。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的解角器，其中，所述解角器定子部包括通 過層疊多個(gè)薄磁鋼板而形成的定子芯，并且所述轉(zhuǎn)子芯是通過層疊多個(gè) 薄磁鋼板而形成的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的解角器，其中，所述定子芯和所述轉(zhuǎn)子芯 由相同的薄磁鋼板形成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的解角器，其中，所述解角器定子部包括勵(lì) 磁線圈和多個(gè)輸出線圈。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的解角器，其中，所述解角器定子部包括 16個(gè)磁極，并且軸倍角為4。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的解角器，其中，所述轉(zhuǎn)子部的外周面僅由 曲面構(gòu)成。
8、 一種電動(dòng)馬達(dá)，該電動(dòng)馬達(dá)包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的解角器，馬達(dá)定子部，其具有電樞；馬達(dá)轉(zhuǎn)子部，其具有在所述電樞之間產(chǎn)生以預(yù)定中心軸為中心的轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)磁鐵，并且其上附連有所述解角器的轉(zhuǎn)子部的一部分；軸承機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于所述馬達(dá)定子部以所述中心軸為中心可旋轉(zhuǎn)地支撐所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子部。
9、 一種用于輔助對(duì)方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，所述動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的馬達(dá)；轉(zhuǎn)矩傳感器，其檢測(cè)施加到所述方向盤上的旋轉(zhuǎn)力；以及 控制單元，其基于來自所述轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出來控制所述馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種解角器、馬達(dá)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。一種可變磁阻型解角器包括解角器定子部，其為以一中心軸為中心的大致環(huán)形；以及解角器轉(zhuǎn)子部，其附連在馬達(dá)轉(zhuǎn)子部的軸上，并設(shè)置在所述解角器定子部?jī)?nèi)。當(dāng)通過使用在轉(zhuǎn)子芯的外周邊緣的預(yù)定點(diǎn)處轉(zhuǎn)子芯與解角器定子部之間的間隙g的最大值(g_max)、間隙g的最小值(g_min)、由預(yù)定點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)限定的角度θ、軸倍角n和系數(shù)來設(shè)定間隙g的大小時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的解角器可操作用來提高檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度的精度。
文檔編號(hào)G01D5/12GK101153806SQ20071016169
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者牧野祐輔 申請(qǐng)人:日本電產(chǎn)株式會(huì)社