JP2000081344A - 高精度ｖｒ型レゾルバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｎ相ＶＲ型レゾルバのロータ歯数に対するステ
ータの極数を選定することにより容易に製造できる高精
度のＶＲ型レゾルバを提供する。 【解決手段】先端部に複数の極片歯１１を有する極片１
２を円周等分に複数有して固定支持され、各極片１２に
相数Ｎのコイルを巻回してなる環状のステータ１０と、
このステータの極片歯１１に対向して円周方向に形成さ
れた歯２１を有してステータ１０と同心に相対回転自在
に支持された環状のロータ２０とを備えたＮ相ＶＲレゾ
ルバに置いて、ロータ２０の歯数に対するステータ１０
の極数を下記（１）及び（２）式の何れかを用いて算定
する。 ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ） ……
……（１） ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝
…………（２） 但し、ステータ極数はＮの倍数で且つ偶数、Ｍは１〜３
の整数である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＶＲ型レゾルバに係
り、特に、ダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）の
位置検出器として好適な高精度のＶＲ型シンクロレゾル
バに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の位置検出器としては、例
えば特公平７−４４８１３号公報に記載されたものがあ
る。このＶＲ型シンクロレゾルバは、図１５に示すよう
に、環状のレゾルバステータ１０の内側に、環状のレゾ
ルバロータ２０を組み合わせたインナロータタイプのも
ので、ステータ１０は先端部に複数の極片歯１１を有す
る極片（ポール）１２を円周方向に等間隔に複数（例え
ば１８ポール）設けると共に各極片１２にコイル１３を
巻回して固定支持されている。前記ロータ２０は、ステ
ータ１０の極片歯１１に対向して円周方向に極片歯と同
じピッチで形成された多数の歯２１（例えば１５０歯）
を有してステータ１０同心に配し相対回転自在に支持さ
れている。そして、レゾルバステータ１０の各極片１２
に巻かれたコイル巻線１３が、図１６に示すように電気
的に１２０°位相を異ならせた３相交流のＡ相，Ｂ相，
Ｃ相にそれぞれ接続され、モータのコイルの相に対応し
ている。このレゾルバステータ１０の電気的に隣り合う
極片１２，１２のそれぞれの位相が互いに１２０°とな
るように、レゾルバステータ１０の各極片歯１１は、レ
ゾルバロータ２０の歯２１のピッチの整数倍から１／３
ピッチずらされている。

【０００３】いま、レゾルバロータ２０が図外のモータ
ロータと同期回転すると、レゾルバロータ２０の歯２１
とレゾルバステータ１０の極片歯１２との間の空隙（エ
アギャップ）中のリラクタンスがレゾルバロータ２０の
位置の変化に応じて変化し、その変化に応じた電流がレ
ゾルバステータ１０のコイル巻線１３に流れる。その電
流を変調信号として検出することにより回転角度位置又
は回転速度を検出する。レゾルバロータ２０がその１歯
分回転すると、レゾルバステータ１０側では電気角３６
０°相当の次のような変調信号が検出される。

【０００４】Ａ相＝ａ・ｓｉｎ（θ）ｓｉｎ（ｗｔ） Ｂ相＝ａ・ｓｉｎ（θ−１２０）ｓｉｎ（ｗｔ） Ｃ相＝ａ・ｓｉｎ（θ−２４０）ｓｉｎ（ｗｔ） 例えば、レゾルバロータ２０の歯数が１５０の場合は、
その１回転で上記Ａ，Ｂ，Ｃ相の信号が１５０サイクル
得られる。得られた３相の信号を電気回路で２相変換し
てｃｏｓ信号とｓｉｎ信号としたものをＲＤＣ（レゾル
バデジタルコンバータ）に入力して位置信号とし、これ
をＤＤモータにフィードバックすることにより、その回
転速度や回転角度（位置）を正確に制御することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなＶＲ型レゾ
ルバにあっては、高分解能を得るためにそのロータの歯
数が１２０，１５０，１６０などと多くしてあり、しか
もレゾルバのラミネーションの歯先形状はＶＲモータラ
ミネーションと同様の角形状をしているために、レゾル
バが小径であるほど加工精度が厳しくなって歯ピッチ誤
差等が生じやすい。歯のピッチ誤差は累積して回転位置
検出の全周累積精度を悪化させ、レゾルバの静止角度誤
差の原因になる。

【０００６】図１７は、上記従来のレゾルバロータ２０
の歯数１５０、レゾルバステータ１０の極片１２の数
（以下、単に極数という）を１８ポールとしたＶＲ型レ
ゾルバにおける、ロータ１回転の全周（絶対）精度を、
ロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッ
タにて記録した例である。その精度は３１．６６秒すな
わち約３２秒であった。この精度をより向上させる手段
としては、円周等分に配設したレゾルバステータの極数
を増やすことが考えられる。これにより、レゾルバロー
タの歯ピッチ誤差等の影響が平均化されて少なくなり、
全周精度の一層の高精度化が達成される筈である。そこ
で、次の二点に留意して、上記ＶＲ型レゾルバにおける
レゾルバステータの極数（１８ポール）の増加の可否を
検討してみる。

【０００７】３相レゾルバを構成するステータの極数
は、３の倍数で且つ偶数である。必ず偶数になる理由
は、ステータのコイル巻線の巻き方向が各極片毎にＣＷ
（時計巻き），ＣＣＷ（反時計巻き），ＣＷ，ＣＣＷ…
…と交互になるためである。

【０００８】レゾルバステータの隣合う極片同士の位
相が±１２０°（±１／３ピッチ）でなければならな
い。レゾルバロータの歯数が１５０歯である場合に、こ
の条件を満たし得るレゾルバステータの１８ポール以上
のポール数と位相差との関係を、表１に示す。

【０００９】

【表１】

【００１０】表１から明らかなように、３相レゾルバが
構成できるステータ極数は、１８ポールと９０ポールの
みである。しかし９０ポールとすると、レゾルバステー
タの極片の幅がレゾルバロータの歯幅（１５０歯の歯幅
は０．７８７ｍｍ）と同じ程度になってしまう結果、強
度的に製造上の問題が生じて実現は難しい。すなわち、
ＶＲ型レゾルバの検出精度をより一層向上させるのに、
レゾルバステータの極数を増やすことが好ましいが、レ
ゾルバロータの歯数如何により当該極数の増加に限界が
あり、高精度安定化が困難になるという問題点がある。

【００１１】そこで本発明は、このような従来のＶＲ型
レゾルバにおける一層の精度向上に関する未解決の課題
を解決するためになされたものであり、Ｎ相ＶＲ型レゾ
ルバのロータ歯数に対するステータの極数を選定するこ
とにより容易に製造できる高精度のＶＲ型レゾルバを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る高精度ＶＲ型レゾルバの発明は、
先端部に複数の極片歯を有する極片を円周等分に複数有
して固定支持されると共に各極片に相数Ｎのコイルを各
相毎に直列に巻回してなる環状のステータと、このステ
ータの前記極片歯に対向して円周方向に形成された歯列
を有してステータと同心に配し相対回転自在に支持され
た環状のロータとを備えたＮ相ＶＲ型レゾルバにおい
て、前記ロータの歯数に対するステータの極数を、相数
Ｎの倍数でなる偶数とし、且つ下記（１）式及び（２）
式の何れかにより算出した極数としたことを特徴とす
る。

【００１３】 ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ） …………（１） ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝ …………（２） 但し、Ｍは１〜３の整数である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。いま、相数Ｎ＝３相とし、変数Ｍ
＝３とした場合につき、上記（１）式を適用して求めた
レゾルバステータの極数及びレゾルバロータ歯数を表２
に示す。

【００１５】

【表２】

【００１６】この表２の値からロータ数及びステータ極
数を選定することにより、高精度３相ＶＲ型レゾルバの
構成が簡単に得られる。因みに、選定するロータ歯数が
多いほど、ステータ極数が増加するためレゾルバの全周
精度が向上する。図１に示すレゾルバロータ（アウタロ
ータである）２０は、表２の値に基づいて選定した歯数
１６０歯を有する。このロータ歯数１６０に対応するレ
ゾルバステータ１０の極片１２の数（極数）は４８ポー
ルである。このロータ２０とステータ１０との組み合わ
せ図である図１に示すように、ステータ１０の極片１２
は、ロータ２０の歯数（３＋１／３）ケごとに１ポール
づつ存在している。それらの各極片１２には、コイル巻
線１３が巻かれるため、その巻線スペースを考慮したス
テータ１０の各極片１２には、１ポールにつき２ケずつ
の極片歯１１が突設されている。このように（１）式に
よるステータ極数とロータ歯数との関係を用いてステー
タ１０の極数を増やすことにより、隣合うステータの極
片１２，１２同士の中心角度を小さくできるから、ＶＲ
型レゾルバの多極化が容易に実現できる。なお、コイル
巻線１３のスペースに問題がなければ、ステータ１０の
各極片１２の極片歯１１の数は３ケであっても差し支え
ない。

【００１７】この場合、ロータ２０の歯２１に対するス
テータ極片歯１１のピッチずれ量は、１／Ｎであり、そ
れぞれ電気角０°で０／３歯（すなわち、ずれ無し）、
電気角＋１２０°で１／３歯、電気角＋２４０°で２／
３歯、電気角＋３６０°（すなわち、次の０°の始点）
で３／３歯（１歯）となる。したがって、この３相ＶＲ
型レゾルバでは、１／３ピッチで電気角＋１２０°（３
６０／３）毎にずれた３相信号を検出する。

【００１８】図１のレゾルバロータ２０の歯数１６０
歯、レゾルバステータ１０の極数を４８ポールとした本
実施の形態のＶＲ型レゾルバの全周精度をロータリーエ
ンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッタにて記録し
た例を図２に示す。その精度は３．７７秒と極めて高精
度であった。

【００１９】また、上記実施形態においては、変数Ｍ＝
３に設定した場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、変数Ｍ＝２に設定したときには、ロー
タ歯数１４０でステータ磁極数６０、ロータ歯数２８０
でステータ磁極数１２０を設定することができ、変数Ｍ
＝１に設定すると、下記表３に示すように条件を満足す
るロータ歯数８０、１２０、１６０、２００、２４０及
び２８０でステータ磁極数を設定することができる。

【００２０】

【表３】

【００２１】さらに、上記実施形態においては、３相レ
ゾルバで、電気角＋１２０°毎のステータ極配置をする
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、電気角−１２０°毎のステータ極配置をする場合も
可能であり、この場合には、前述した（２）式を適用し
てステータ極数を決定する。

【００２２】この場合、変数Ｍ＝３と設定した場合に
は、前述した表２におけるロータ歯数で、（２）式を満
足し、ステータ極数がＮの倍数で且つ偶数であることの
条件を満足するのは、ロータ歯数２２０のときのステー
タ磁極数６０のみであるが、変数Ｍ＝２と設定した場合
には、ロータ歯数８０でステータ磁極数３０、ロータ歯
数１６０でステータ磁極数６０、ロータ歯数２４０でス
テータ磁極数９０の３つを選択することが可能となり、
さらに、変数Ｍ＝１と設定した場合には、下記表４に示
すように全てのロータ歯数で条件を満足するステータ磁
極数を決定することができる。

【００２３】

【表４】

【００２４】この場合、ロータ２０の歯２１に対するス
テータ極片歯１１のピッチずれ量は、−１／Ｎであり、
それぞれ電気角０°で０／３歯（すなわち、ずれ無
し）、電気角−１２０°で−１／３歯、電気角−２４０
°で−２／３歯、電気角−３６０°（すなわち、次の０
°の始点）で−３／３歯（−１歯）となる。したがっ
て、この３相ＶＲ型レゾルバでは、−１／３ピッチで電
気角−１２０°（−３６０／３）毎にずれた３相信号を
検出する。

【００２５】本発明のＮ相ＶＲ型レゾルバは、上述のよ
うに、±１／Ｎピッチで電気角（±３６０／Ｎ）°毎に
ずれたＮ相の信号を検出するものであり、３相以外の構
成にも適用できる。例えば、４相レゾルバの場合は±１
／４ピッチで電気角±９０°毎にずれた４相の信号を検
出し、６相レゾルバの場合は±１／６ピッチで電気角±
６０°毎にずれた６相の信号を検出する。かくして、本
実施形態によれば、変数Ｍを小さくする程、ステータ磁
極数を増加させて、レゾルバの全周精度を向上させるこ
とができる。

【００２６】なお、前記実施の形態では、ＶＲ型レゾル
バのロータ及びステータに、ＤＤモータのロータ及びス
テータと同一の積層板を用いているが、レゾルバロータ
とモータロータとの歯数が同一歯数であれば、特にレゾ
ルバステータの積層板をモータステータの積層板と同一
にする必要はない。また、ロータ歯数としては、上記に
限定されるものではなく、６８、１０４、１２４、１３
２等の任意の歯数を選択することができ、前記（１）式
又は（２）式で条件を満足するステータ磁極数を算出可
能であればよい。

【００２７】（実施例）以下に、本発明の効果を明確に
するために、実施例と比較例とを対比して説明する。 実施例１：図３〜図５に、本発明の第１の実施例を示
す。 この実施例では、図３に示すレゾルバロータ２０の歯２
１の歯数を１２０歯とした。これに対し、レゾルバステ
ータ１０の極数は（１）式に基づいて３６ポールに設定
し、その１ポール当たりの極片歯１１の歯数は３ケとし
た。こうして製作した極数３６ポールのレゾルバステー
タ１０の組立図を図４、その巻線結線図を図５に示す。

【００２８】比較例１：一方、レゾルバステータ１０の
極片１２の数が異なる比較例を製作して対比した。その
比較例１のＶＲ型レゾルバは、レゾルバロータ２０の歯
２１の歯数を上記第１の実施例のもの（図３）と同じく
１２０歯としたが、レゾルバステータ１０の極数は１８
ポールと少なくし、かつ１ポール当たりの極片歯１１の
歯数を６ケとした。図６にそのレゾルバステータの組立
図を、図７にその巻線結線図を示した。

【００２９】本実施例１のＶＲ型レゾルバの全周精度を
ロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッ
タにて記録した例を図８に示す。その精度は１６．５３
秒と非常に高精度であった。これに対して、上記比較例
１の場合の精度は図９に示す通り３９．０８秒となり、
実施例１に比べて半分以下であった。

【００３０】実施例２：レゾルバロータ２０は、実施例
１と同じく歯数１２０歯とした。レゾルバステータ１０
の方は、その極数は３６ポールであるが、ただし１ポー
ル当たりの極片歯１１の歯数を２ケとしたものを、別に
製作した。図１０にそのレゾルバステータ１０の組立図
を、図１１にその巻線結線図を示した。

【００３１】比較例２：これに対比する比較例２とし
て、比較例１と同じく歯数１２０歯のアウタロータタイ
プのレゾルバロータ２０に、極数１８ポールで１ポール
当たりの極片歯の歯数を６ケとしたレゾルバステータ１
０を組み合わせた従来タイプのＶＲ型レゾルバを別に製
作した。

【００３２】本実施例２のＶＲ型レゾルバの全周精度を
ロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッ
タにて記録したものを図１２に示す。その精度は８．２
８秒と極めて高精度であった。これに対して、上記比較
例２の場合の精度は図１３に示す通り３２．７８秒とな
り、実施例２の略１／４近くにすぎなかった。

【００３３】以上、実施例１，２と比較例１，２とを比
べてわかるように、例えば、３相ＶＲ型レゾルバを構成
するのに、レゾルバ及びモータのロータ歯数を１２０と
した時、レゾルバステータの極数を従来のように１８ポ
ールとするよりも、本発明の前記（１）式を適用してレ
ゾルバステータの極数を３６ポールとした方が、より高
精度の全周精度を実現することができる。

【００３４】ここで、本発明のＶＲ型レゾルバの製造上
の利点を説明する。例えば上記実施例２のレゾルバステ
ータ１０（１ポール当たりの極片歯１１の歯数を２ケと
したもの）の場合、図１４（ａ）に示すように、その極
片１２の形状は、コイル巻線１３の整列型巻きの採用を
可能にする。すなわち、形状にくびれがないので、型巻
きされたコイル巻線１３（ボビン，空芯コイルなど）を
差し込む形で構成することができ、巻線方法の簡素化が
図れる。また、均一な巻線になるために、３相のバラン
スの崩れも最小限に抑えることができる。これに対し、
図１４（ｂ）に示すような、極片１ポール当たりの極片
歯１１の歯数の多い一般的なレゾルバステータの場合に
は、コイル巻線１３が極片１２の根元に直巻きされてお
り、均一な巻線形状が出来にくい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、Ｎ相ＶＲ型レゾルバにおいて、レゾルバロ
ータの歯数に対するレゾルバステータの極数を、 ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ） …………（１） ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝ …………（２） 但し、ステータ極数はＮの倍数で且つ偶数、Ｍは１〜３
の整数である の何れかの式により算出した極数としたことにより、レ
ゾルバステータの極数を限界まで増やすことなく、絶対
精度１０秒以下での位置決めが可能という極めて高精度
のＶＲ型レゾルバが容易に得られるという効果を奏す
る。

【００３６】また、ＶＲ型レゾルバのリップルは、その
加減速時や一定速度時に発生する振動に影響するのであ
るが、レゾルバの精度を上記のように向上させたことに
より、当該リップルの発生が抑制できて低振動化が達成
できるという効果が得られる。

【００３７】さらに、高精度が得られることから、検出
器誤差に起因するモータ駆動時の騒音が大幅に低減でき
るという効果も得られる。またさらに、レゾルバステー
タの極片歯数を減らすことができて、レゾルバ巻線巻線
方法の簡素化が可能になると共に、均一な巻線になるた
めに３相のバランスの崩れも最小限に抑えることができ
るという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるレゾルバロータ
とステータとの組合せを説明する模式図である。

【図２】図１のＶＲ型レゾルバの全周精度測定結果を示
すグラフである。

【図３】第１の実施例のレゾルバロータラミネーション
の略図である。

【図４】そのレゾルバステータの組立図である。

【図５】図４の巻線結線図である。

【図６】比較例のレゾルバステータの組立図である。

【図７】その巻線結線図である。

【図８】第１の実施例の全周精度測定結果を示すグラフ
である。

【図９】その比較例の全周精度測定結果を示すグラフで
ある。

【図１０】第２の実施例のレゾルバステータの組立図で
ある。

【図１１】その巻線結線図である。

【図１２】第２の実施例の全周精度測定結果を示すグラ
フである。

【図１３】その比較例の全周精度測定結果を示すグラフ
である。

【図１４】レゾルバステータの巻線とステータ極片形状
との関係を説明する模式図で、（ａ）は本発明の２歯極
片、（ｂ）は一般的な多数歯極片である。

【図１５】従来のレゾルバロータとステータとの組合せ
を説明する模式図である。

【図１６】レゾルバロータの回転でレゾルバステータの
巻線を流れるＡ，Ｂ，Ｃ相の変調信号を示す概要図であ
る。

【図１７】従来のＶＲ型レゾルバの全周精度測定結果を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０ （レゾルバ）ステータ １１ 極片歯 １２ 極片 １３ コイル巻線 ２０ （レゾルバ）ロータ ２１ 歯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に複数の極片歯を有する極片を円
   周等分に複数有して固定支持されると共に各極片に相数
   Ｎのコイルを各相毎に直列に巻回してなる環状のステー
   タと、このステータの前記極片歯に対向して円周方向に
   形成された歯列を有してステータと同心に配し相対回転
   自在に支持された環状のロータとを備えたＮ相ＶＲ型レ
   ゾルバにおいて、前記ロータの歯数に対するステータの
   極数を、相数Ｎの倍数でなる偶数とし、且つ下記（１）
   式及び（２）式の何れかにより算出した極数としたこと
   を特徴とする高精度ＶＲ型レゾルバ。 ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ） …………（１） ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝ …………（２） 但し、Ｍは１〜３の整数である。