JP2009098050A - レゾルバ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極数が8N(Nは正の整数)に設定され、各極にそれぞれ1個の検出用コイルを巻着したステータ(11)と、突極数が(6±1)Nまたは(2±1)Nに設定されたロータ(13)と、を備える。各検出用コイル(171〜178)は、第1の組〜第4の組に分けられ、個々の組に属する2N個の検出用コイルは、それらのインダクタンス基本波の位相の差が45°であり、それらのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスと他の組に属する各検出用コイルのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスの位相の差が90°であるように選定される。
【選択図】 図2
Description
前記各検出用コイルは、第1の組〜第4の組に分けられ、個々の組に属する2N個の検出用コイルは、それらのインダクタンス基本波の位相の差が45°であり、それらのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスと他の組に属する各検出用コイルのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスの位相の差が90°であるように選定される。
また、接続用信号線が4本で良いので、小型化および配線の容易化を図る上で有利である。さらに、相数が2以上に設定されたステータと、磁極数が2×(6±1)Nまたは2×(2±1)N に設定された永久磁石型ロータとを備えるモータと組み合わせることにより、該モータを高精度に制御することができる。
図1は、本発明に係るレゾルバを用いたモータ駆動システムの一例を示すブロック図である。このモータ駆動システムは、永久磁石型モータ1と共に回転して該モータ1の回転位置に対応する信号を出力するレゾルバ3、該レゾルバ3に励磁信号を供給する励磁電源としての高周波発振回路5、レゾルバ3の出力信号を処理する信号処理回路7、および、該信号処理回路7の出力信号と運転指令とに基づいてモータ1を制御しかつ駆動する制御駆動回路9を備えている。
ロータ13は、上記モータ1と共に回転するように、該モータ1のロータ軸(図示せず)に取り付けられている。そして、このロータ13は、自身の回転による突極の位置変化に伴って上記センサコイル171、172、・・・178のインダクタンスが正弦波状に変化するような外周形状を有している。
コイル171、176: 第1組のコイルであるA相コイル17Aを構成
コイル172、175: 第2組のコイルであるB相コイル17Bを構成
コイル173、178: 第3組のコイルであるC相コイル17Cを構成
コイル174、177: 第4組のコイルであるD相コイル17Dを構成
L1=L0+Lcos(5θ)
L2=L0+Lcos(5θ−225°)
L3=L0+Lcos(5θ−90°)
L4=L0+Lcos(5θ+45°)
L5=L0+Lcos(5θ−180°)
L6=L0+Lcos(5θ−45°)
L7=L0+Lcos(5θ+90°)
L8=L0+Lcos(5θ−135°)
ここで、L0はインダクタンスの平均値、Lは基本波の振幅、θはロータの回転位置(角度)である。
LA=L1+L6=2L0+2Lcos(22.5°) cos(5θ−α)
LB=L2+L5=2L0+2Lcos(22.5°) cos(5θ−180°−α)
LC=L3+L8=2L0+2Lcos(22.5°) cos(5θ−90°−α)
LD=L4+L7=2L0+2Lcos(22.5°) cos(5θ−270°−α)
ここで、αは位相角(本実施形態では、α=22.5°)である。
)およびV2(正弦波電圧)と、該ロータ13の回転位置θとの関係は、図3の回路構成お
よび上記インダクタンスの関係式に基づいて、以下に示すように理論的に求めることができる。
式から導かれる下記の関係に基づいてレゾルバ3のロータ13の回転位置θを演算し、その回転位置θを用いてモータを制御する。
なお、上記比較例に係るレゾルバは、上記ロータ13の突極数を図23に示す従来例と同じ6に設定し、かつ、図4に示すように、A相コイル17A'をコイル171、175で、B相コイル17B'をコイル173、177で、C相コイル17C'をコイル172、177で、D相コイル17D'でコイル174、178でそれぞれ構成している。
また、図6(a)は、本実施形態に係るレゾルバ3におけるコイル171、176のインダクタンスL1、L6およびA相コイル17AのインダクタンスLAの基本波の各波形を示し、図6(b)は、比較例に係るレゾルバにおけるコイル171、175のインダクタンスL1、L6およびA相コイル17A'のインダクタンスLA'の基本波の各波形を示している。なお、図6のグラフにおける横軸に示す0°〜360°は電気角である。
本実施形態に係るレゾルバ3におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の基本波は、比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'の基本波の2cos22.5°/2=92.4%の値を示す。
上記各図の対比から明らかなように、本実施形態に係るレゾルバ3におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の2次高調波は、比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'のそれの√2/2=70.7%の値を示す。
各図から明らかなように、本実施形態に係るレゾルバ3におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の3次高調波は、比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'のそれの2sin(45°/2)/2=38.3%の値を示す。
各図から明らかなように、本実施形態に係るレゾルバ3におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の4次高調波は、比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'のそれの0/2=0%の値を示す。
したがって、本実施形態に係るレゾルバ3によれば、例えば機械加工精度や材料特性の非線形性等の影響によってインダクタンスの高調波成分が発生した場合、A相コイル17A内〜D相コイル17D内での高調波成分相殺作用によって、安定したかつ精度の高い位置検出が可能になる。また、機械加工精度や材料特性の非線形性等の影響を低減できるので、生産性の向上、コストの低減等を図ることが可能になる。
このレゾルバ30は、コイル171〜178の結線が図2に示したレゾルバ3と相違し、また、ロータ130の突極数が7に設定されている点で該レゾルバ3と相違している。
図14に示すように、このレゾルバ30では、コイル171、178が第1組のコイルであるA相コイル17Aを、コイル174、175が第2組のコイルであるB相コイル17Bを、コイル176、177が第3組のコイルであるC相コイル17Cを、さらに、コイル172、173が第4組のコイルであるD相コイル17Dをそれぞれ構成している。
また、ロータ130は、自身の回転による突極の位置変化に伴ってコイル171〜178のインダクタンスが正弦波状に変化するような外周形状を有している。
図15に示すように、本実施形態に係るレゾルバ30では、インダクタンスL1、L8の基本波ベクトル相互、インダクタンスL4、L5の基本波ベクトル相互、インダクタンスL6、L7の基本波ベクトル相互およびインダクタンスL2、L3の基本波ベクトル相互がそれぞれ45度の位相差を有する。そして、インダクタンスLA、LB、LCおよびLDの基本波ベクトルは、互いに90°の位相差を有し、また、それらに関連するインダクタンス(L1、L8)、(L4、L5)、(L6、L7)および(L2、L3)の基本波ベクトルに対してそれぞれ22.5°の位相差をもつ。
上記各図から明らかなように、本実施形態に係るレゾルバ30におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の2次高調波は、前記比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'のそれの√2/2=70.7%の値を示す。
上記各図から明らかなように、本実施形態に係るレゾルバ30におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の3次高調波は、前記比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'のそれの2sin(45°/2)/2=38.3%の値を示す。
すなわち、本実施形態に係るレゾルバ30におけるインダクタンスLA(LB、LC、LD)の4次高調波は、比較例に係るレゾルバのインダクタンスLA'のそれの0/2=0%の値を示す。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るレゾルバ30は、前記第1の実施形態に係るレゾルバ3と同様のインダクタンス高調波成分の抑制作用を有する。
・ ステータの極数は8N(Nは正の整数)。
・ ロータの突極数は(6±1)Nまたは(2±1)N。
・ 各検出用コイルは、4つの相コイルを形成するために第1の組〜第4の組に分けられる。個々の組に属する2N個の検出用コイルは、それらのインダクタンス基本波の位相の差が45°であり、それらのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスと他の組に属する各検出用コイルのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスの位相の差が90°であるように選定される。
なお、小型機に適用する場合にはNが1に設定され、また、大型機に適用する場合にはNが2以上に設定される。
3、30 レゾルバ
5 高周波発振回路
7 信号処理回路
9 制御駆動回路
11 ステータ
13 ロータ
15 極歯
171〜178 検出用コイル
Claims (5)
- 極数が8N(Nは正の整数)に設定され、各極にそれぞれ1個の検出用コイルを巻着したステータと、
突極数が(6±1)Nまたは(2±1)Nに設定されたロータと、を備え、
前記各検出用コイルは、第1の組〜第4の組に分けられ、個々の組に属する2N個の検出用コイルは、それらのインダクタンス基本波の位相の差が45°であり、それらのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスと他の組に属する各検出用コイルのインダクタンス基本波を合成したインダクタンスの位相の差が90°であるように選定されることを特徴とするレゾルバ。 - 前記ステータの極数が8に設定され、前記ロータの突極数が5に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバ。
- 前記ステータの極数が8に設定され、前記ロータの突極数が7に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバ。
- 前記第1の組〜第4の組は、それらに属する前記2N個の検出用コイル相互が直列接続され、かつ、前記第1の組に属する前記直列接続された2N個の検出用コイル〜前記第4の組に属する前記直列接続された2N個の検出用コイルは、それらがブリッジ回路を構成するように接続されていることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバ。
- 相数が2以上に設定されたステータと、磁極数が2×(6±1)Nまたは2×(2±1)N に設定された永久磁石型ロータとを備えるモータに組み合わせたことを特徴とするの請求項1に記載のレゾルバ。
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