专利名称：解角器、马达和动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变磁阻型解角器(resolver)、具有这种解角器的电 动马达，以及动力转向装置。
背景技术：
传统上，液压动力转向装置被用作用于辅助汽车等的转向的装置， 其中，泵通过引擎输出来产生液压以辅助转向。另外，电动转向装置(在 下文中，称作"EPS")被用作用于辅助汽车等的转向的装置，其中，汽 车的车用电池使马达旋转。EPS不使用引擎输出，并且与液压动力转向 装置相比是更高效的系统。为了实现对系统的高精度控制，EPS需要可操作用于检测马达的高 精度旋转角度的角度检测装置。要求汽车在各种类型的环境中长时间地 精确操作。因此，要求作为汽车中的组件的EPS在上述环境中可靠。实现高精度并且与光学编码器或磁编码器相比环境适应能力 (resistance)高的可变磁阻型解角器被用作EPS的角度检测装置。然而， 在这种解角器中，在输出线圈中产生的感应电压中的谐波分量会对检测 的精度产生影响，并且解角器的转子的构造会对谐波分量产生影响。因 此，为了提高解角器的检测精度，存在多种可用于确定转子的构造的技 术。例如，日本特开专利公报No. 2698013公开了一种用于减小由于输出 线圈的感应电压中所包括的谐波分量而导致的检测误差的技术。另外， 日本特开专利公报No. 3200405公开了一种用于减小由于从转子泄漏的 磁通而导致的检测误差的技术。另外，日本特开专利公报No. 2005-49183 公开了一种使转子和定子之间的间隙磁导(gap permeance)接近正弦波 形的技术
发明内容
根据本发明的解角器是可变磁阻型解角器。该解角器包括定子部， 该定子部为以预定中心轴为中心的大致环形，并具有励磁线圈和输出线 圈；以及转子部，该转子部通过该转子部与所述定子部之间的间隙g径 向地设置在所述定子部内。所述转子部包括相对于所述定子部可旋转地 支撑的芯。所述定子部和所述转子部之间的间隙g可由下面的方程来计 算<formula>formula see original document page 5</formula>其中，gmax为间隙g的最大值，g^为间隙g的最小值，角度e被限定在基准点和设置在所述芯的外周端部处的预定点之间，n是轴倍角(axial double angle)(正整数)，K为系数。根据以下参照附图对本发明优选实施方式的详细描述，本发明的其 它特征、要素、步骤、特性和优点将变得更清楚。
图1是根据本发明的优选实施方式的动力转向装置的示意图。图2是根据本发明的优选实施方式的马达的示意性剖视图。图3是根据本发明的优选实施方式的解角器的一部分和轴的平面图。图4是表示通过根据本发明的优选实施方式的马达的转子部相对于 定子部的相对定位而限定的角度与检测误差之间的相互关系的曲线图。图5是表示通过传统马达的转子部相对于定子部的相对定位而限定 的角度与检测误差之间的相互关系的曲线图。
具体实施方式
动力转向要注意的是，在这里对本发明的优选实施方式的描述中，用来描述各个构件之间的位置关系和方向的词语(例如，上、下、左、右、向上、 向下、顶部和底部)仅表示附图中的位置关系和方向。这些词语并不表 示安装在实际装置中的构件的位置关系和方向。另外，要注意的是，在 下面示出了标号、图号和补充说明，以帮助读者在下面对优选实施方式 的描述中找到对应的组件，以便于对本发明的理解。要理解的是，这些 表达绝不用来限制本发明的范围。图1是根据本发明的优选实施方式的具有可变磁阻型解角器的电动 动力转向装置6的示意图。动力转向装置6用于辅助汽车等的转向。如图1所示，优选的是，动力转向装置6包括轴部61，其连接到转向机构，例如方向盘、轮轴(axle)等；转矩传感器62，其检测用于 转向的旋转力(转矩)；控制单元63，其基于转矩传感器62的检测来计 算用于辅助转向所需的力；马达l，其基于控制单元63的计算来产生旋 转力；减速单元64，其使马达l减速并使旋转力传递到转向机构。在具有动力转向装置6的交通工具中，动力转向装置6的马达1根 据操作者施加到方向盘上的旋转力而启动。动力转向装置6基于由马达1 产生的旋转力来辅助方向盘。因此，动力转向装置6辅助转向而无需利 用引擎输出。马达图2是根据本发明的优选实施方式的马达1的示意性剖视图。如图 2所示，优选的是，马达l (内转子型马达)包括马达定子部2，其为 固定组件；马达转子部3，其为可旋转组件；轴承机构4，其以与中心轴 Jl同心的方式相对于马达定子部2可旋转地支撑马达转子部3;以及可 变磁阻型解角器5，其为角度检测装置，用于检测马达转子部3相对于马 达定子部2限定的角度。优选的是，马达定子部2包括与中心轴J1同心的圆柱部；外壳21， 其具有覆盖圆柱部的下侧的底部；电枢22，其设置在圆柱部的内周面处; 母线(busbar) 23，其被设置为附连在电枢22上方的外壳21上，并将电 枢22连接到外部电极；大致环形的支架24，其设置在母线23上方。优选的是，电枢22包括通过层叠多个薄硅钢板而形成的定子芯221 。
优选的是，定子芯221包括环形的芯背板(core back) 2211以及多个(在 本实施方式中为12个)齿2212，该多个齿分别从芯背板2211朝向中心 轴J1延伸。优选的是，电枢22包括绝缘体222,通过对定子芯221的 表面进行涂层而形成；多个线圈223，分别是经由绝缘体绕各个齿2212 缠绕导线而形成的。优选的是，马达转子部3包括轴31，其以中心轴J1为中心；磁轭 (yoke) 32，其为大致圆柱形，并围绕轴31附连；场磁铁33，其通过粘 合剂附连在磁轭32的外周面；盖构件34，其覆盖由非磁性材料制成的场 磁铁33的外侧，以保护场磁铁33。通过层叠多个薄磁钢板来形成磁轭 32。场磁铁33设置在电枢22的中心轴侧上。将在电枢22和场磁铁33 之间以中心轴Jl为中心产生旋转力(转矩)。优选的是，轴承机构4包括轴承保持器41，其为大致圆柱形，并 形成在支架24的大致中心处；上轴承保持器42，其设置在轴承保持器 41的内周面处；以及下轴承保持器43，其设置在外壳21底部的大致中 心处。通过上轴承保持器42和下轴承保持器43可旋转地支撑经由轴承 保持器41的中心开口部从轴承保持器41和支架24向上突出的轴31 。优选的是，解角器5包括解角器定子部51，其为关于中心轴Jl 同心的大致环形；以及解角器转子部52，其被设置为在磁轭32上方在解 角器定子部51的内侧附连到轴31上。优选的是，解角器转子部53包括 通过层叠多个大致环形的磁钢板而形成的定子芯521。解角器在下文中，将参照图2至图5来描述根据本发明的优选实施方式的 解角器5。图4是表示通过根据本发明优选实施方式的马达1的马达转子 部3相对于马达定子部2的相^t定位限定的角度与检测误差之间的相互 关系的曲线图。图5是表示通过传统马达的马达转子部相对于马达定子 部的相对定位限定的角度与检测误差之间的相互关系的曲线图。要注意 的是，为了清楚的描述，图3省略了线圈513和绝缘体512 (参见图2)。 还要注意的是，描述了轴31的截面而没有平行的对角线。在图4和图5 中分别还要注意的是，通过马达转子部3相对于电子定子部2的相对定 位限定的角度沿水平轴表示，而解角器5的检测误差沿垂直轴表示。如图2中所示，优选的是，解角器定子部51包括定子芯511，该定 子芯511是通过层叠多个薄磁钢板而形成的，并且附连在轴承保持器41 的内周面。优选的是，定子芯511包括芯背板5111，其为大致环形； 多个(在本实施方式中为16个(即，16个磁极))齿5112，分别从芯背 板5111朝向中心轴J1延伸。优选的是，解角器定子部51包括绝缘体 512，其是通过对定子芯511的表面进行涂层而形成的；多个线圈513， 分别是经由绝缘体512绕各个齿5112缠绕导线而形成的。要注意的是， 线圈513包括单相励磁线圈和两相输出线圈。如图3中所示，当从上方观察时，转子芯521优选地包括形成外周 面的曲线。转子芯521通过解角器定子部51与转子芯521之间的间隙而 设置在解角器定子部51的内周面(参见点划线510)处。根据本发明的 当前优选实施方式，解角器定子部51的内周面的直径为大约20mnw另 外，通过层叠多个薄磁钢板来形成转子芯521。另外，优选的是，通过单个磁钢板来形成定子芯511和转子芯521。 通过这种构造，可以有效地利用磁钢板，使得解角器5可以以较低的价 格出售。根据本发明的当前优选实施方式的马达1，轴31由于电枢22和场 磁铁33之间产生的旋转力而以中心轴Jl为中心旋转。通过这种构造， 图3中所示的转子芯521与马达转子部3 —起以中心轴Jl为中心旋转。 如上所述，经由轴承保持器41和支架24通过马达定子部2 (参见图2) 来固定解角器定子部51。因此，在根据本发明的当前优选实施方式的解 角器5中，经由轴31和轴承机构4相对于解角器定子部51可旋转地支 撑解角器转子部52的转子芯521。如图3中所示，优选的是，转子芯521包括四个突起5211，其分别 远离中心轴J1自由地(loosely)向外突出。轴倍角n (即，在解角器5 的旋转过程中，由转子芯521输出的角度的频率；由正数表示的角度) 等于突起5211的数量，因此，轴倍角为4。根据本发明的当前优选实施 方式的解角器5，转子芯521和解角器定子部51之间的间隙g在各个突
起5211的外周端部处最小(gmin)，而在两个相邻突起之间的部分处最大(gmax)。根据本发明的当前优选实施方式，gmin大约为0.35mm， gmax大约为1.45 mm。如图3中所示，当基准点5210设定在突起5211之一的外周端部的 中心点处并且角度0被限定在基准点5210和转子芯521的外周端部上的预定点之间时，与0=0°、 90°、 180°、 270。相对应的间隙的部分将产生gmin，并且与6=45°、 135°、 225°、 315。相对应的间隙的部分将产生gmax。根据该可变磁阻型解角器，解角器定子部和转子芯之间的间隙磁导 在转子芯旋转时近似于正弦波形，因此，使由于谐波分量潜在地导致的 检测误差最小化。当在gm^的值、gr^的值、角度e、轴倍角n和系数K 被设定为由下面的方程表示的情况下限定间隙g时，间隙磁导近似为正 弦波形。g=iTii 、 i/i i 、~~+"1—cos(2"。)——+——)+三(---).cos("。具体地讲，将在对系数K的釆用各种值的一系列模拟以确定检测误 差的最小值之后，确定最合适的系数K的范围。此外，可以进行实验以 确定系数K的最合适的值。根据本发明的当前优选实施方式，系数K优 选地在大约-0.024和0.000之间。如图4和图5中所示，根据本发明的当前优选实施方式，为了确定转子芯521的构造，通过采用gma的值、gmi。的值、在基准点5210和预定点之间限定的角度e、轴倍角n和系数K来计算间隙g。因此，将减少 与十六阶分量相关的检测误差(即，根据定子芯511的槽的数量的某阶 分量的测量误差)的产生。如上所述，根据本发明的当前优选实施方式 的解角器5，通过减小由于谐波分量而潜在地导致的检测误差来提高检测精度。 '根据本发明的当前优选实施方式的解角器5适用于检测要求高精度 的马达的马达转子部的旋转角度。此外，由于根据本发明的当前优选实 施方式的解角器5与光学编码器或磁编码器相比环境适应能力高，所以 具有解角器5的马达将适于在汽车等中使用的电动转向装置。述了本发明的优选实施方式，但是要理解的是， 对于本领域的技术人员来说，显然可以在不脱离本发明的范围和精神的 情况下进行变化和修改。因此，本发明的范围仅由后面的权利要求来确 定。例如，解角器5的轴倍角n (即，突起5211的数量)可以是4以外 的整数。当轴倍角n的值是4以外的值时，将使得由于谐波分量而潜在 地导致的检测误差最小化。即，根据本发明的解角器5可以提高检测的 精度，而与轴倍角n的值无关。另外，根据本发明的解角器5可以在解 角器定子部51处包括两相励磁线圈和单相输出线圈。本发明的马达1除了可用于电动动力转向装置之外，还可用于电动 自行车、混合动力汽车、或者混合动力汽车的发电机等的驱动源。根据 本发明的解角器5可用于对除了马达1之外的旋转装置的旋转角度进行 检测的角度检测装置。
权利要求
1、一种可变磁阻型解角器，该解角器包括解角器定子部，其为以预定中心轴为中心的大致环形，并且包括励磁线圈和输出线圈；以及转子部，其具有与所述中心轴同心地设置的转子芯，并被相对于所述解角器定子部可旋转地支撑，并经由该转子部与所述解角器定子部之间的间隙g径向地设置在所述解角器定子部内，其中，所述间隙g由下面的公式来计算
2、 根据权利要求1所述的解角器，其中，所述系数K大于-0.024且 小于0.000。
3、 根据权利要求1所述的解角器，其中，所述解角器定子部包括通 过层叠多个薄磁钢板而形成的定子芯，并且所述转子芯是通过层叠多个 薄磁钢板而形成的。
4、 根据权利要求3所述的解角器，其中，所述定子芯和所述转子芯 由相同的薄磁钢板形成。
5、 根据权利要求1所述的解角器，其中，所述解角器定子部包括励 磁线圈和多个输出线圈。
6、 根据权利要求1所述的解角器，其中，所述解角器定子部包括 16个磁极，并且轴倍角为4。
7、 根据权利要求1所述的解角器，其中，所述转子部的外周面仅由 曲面构成。
8、 一种电动马达，该电动马达包括 根据权利要求1所述的解角器，马达定子部，其具有电枢；马达转子部，其具有在所述电枢之间产生以预定中心轴为中心的转矩的场磁铁，并且其上附连有所述解角器的转子部的一部分；轴承机构，其相对于所述马达定子部以所述中心轴为中心可旋转地支撑所述马达转子部。
9、 一种用于辅助对方向盘进行转向的电动动力转向装置，所述动力转向装置包括根据权利要求8所述的马达；转矩传感器，其检测施加到所述方向盘上的旋转力；以及 控制单元，其基于来自所述转矩传感器的输出来控制所述马达。
全文摘要
本发明提供了一种解角器、马达和动力转向装置。一种可变磁阻型解角器包括解角器定子部，其为以一中心轴为中心的大致环形；以及解角器转子部，其附连在马达转子部的轴上，并设置在所述解角器定子部内。当通过使用在转子芯的外周边缘的预定点处转子芯与解角器定子部之间的间隙g的最大值(g<sub>max</sub>)、间隙g的最小值(g<sub>min</sub>)、由预定点和基准点限定的角度θ、轴倍角n和系数来设定间隙g的大小时，根据本发明的解角器可操作用来提高检测旋转角度的精度。
文档编号G01D5/12GK101153806SQ20071016169
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月29日
发明者牧野祐辅 申请人:日本电产株式会社