JP2011166846A

JP2011166846A - 角度解析装置

Info

Publication number: JP2011166846A
Application number: JP2010023037A
Authority: JP
Inventors: Chi Lu Li; 奇▲録▼ 李; Chih Yu Wang; 之佑王; Shunko Sho; 舜興蕭; Hsiang Ju Wang; 湘茹王; Chin Chia Liu; 晉嘉劉
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】機械の毎回の起動前にゼロに復帰すること無しに、正確の位置情報を得ることができる角度解析装置を提供する。
【解決手段】第１回転子２２を有し、第１回転子２２の複数の磁極２４が第１回転子２２に等距離に環設される第１リゾルバー２０と、第１回転子２２と同軸する第２回転子３２を有し、第２回転子３２の複数の磁極３４が第２回転子３２に等距離に環設され、且つ第２回転子３２の磁極の数量３４が第１回転子２２の磁極２４の数量と相違する第２リゾルバー３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの位置検知技術に関し、特に、モータの角度解析装置に関するものである。

リゾルバー（ｒｅｓｏｌｖｅｒ）は、出力の電圧と回転子の回転角度が一定の関数関係を有することによって回転子の回転角度を検知できるものである。その長所は、コストが低く、使用環境の制限が少なく、分解能が高い。このため、光学条規、磁性条規、ホール素子および回転式光電エンコーダなどの代りに、モータなどの位置フィードバック装置として広汎に利用されている。

リゾルバーは、回転子と、固定子と、から構成され、回転子が歯を有し、固定子の歯には、激発コイルと、感応コイルと、が設けられる。前記激発コイルから激発信号源が発生し、前記感応コイルは、固定子と回転子が相対に回転しているときに発生する磁界変化を感応し、振幅変調（ａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の信号を発生する。この信号を電子回路により解析して位置の情報を得る。

本願の出願人は、特許文献１の米国特許７，４６７，４５６号において「角度解析装置」を提案したが、このような角度解析装置などの従来の角度解析装置は、出力の信号が相対的な信号であるため、機械の毎回の起動前にゼロに復帰することが必要である。そうしないと、機械の角度を正確に検知することができない。このため、従来の角度解析装置の使用は極めて不便であり、特に、複数の軸を有するアクチュエータを使用する場合には、起動のプロセスが更に面倒である。

米国特許第７，４６７，４５６号明細書

本発明の主な目的は、機械の毎回の起動前にゼロに復帰すること無しに、正確の位置情報を得ることが可能な角度解析装置を提供することにある。

本発明の角度解析装置によると、第１回転子を有し、前記第１回転子の複数の磁極が前記第１回転子に等距離に環設される第１リゾルバーと、前記第１回転子と同軸する第２回転子を有し、前記第２回転子の複数の磁極が前記第２回転子に等距離に環設され、且つ前記第２回転子の磁極の数量が前記第１回転子の磁極の数量と相違する第２リゾルバーと、を備えることを特徴とする。

本発明の角度解析装置によると、前記第１リゾルバーの第１回転子の磁極の数量と前記第２リゾルバーの第２回転子の磁極の数量とは、互いの数量に対して素数（割り切れない数）であることを特徴とする。

本発明の角度解析装置によると、前記第１リゾルバーの第１回転子の磁極の数量と前記第２リゾルバーの第２回転子の磁極の数量との差は１であることを特徴とする。

本発明の角度解析装置によると、前記第１回転子の磁極の数量が１１５であり、前記第２回転子の磁極の数量が１１４であることを特徴とする。

本発明の角度解析装置によると、前記第１リゾルバーと前記第２リゾルバーは、電気抵抗型リゾルバー（ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅｒｅｓｏｌｖｅｒ）であることを特徴とする。

本発明の角度解析装置によれば、機械の毎回の起動前にゼロに復帰すること無しに、正確の位置情報を得ることができるという効果を有する。

本発明の一実施形態の角度解析装置の分解斜視図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の組み合わせた状態の斜視図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の正面図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の背面図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の処理された信号の一次関数図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の処理された信号の一次関数図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の処理された信号の一次関数図である。本発明の一実施形態の角度解析装置の処理された信号の一次関数図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態の角度解析装置１０は、第１リゾルバー２０と、第２リゾルバー３０と、デジタル信号プロセッサー（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＳＰ）と、から構成される。本実施形態では、第１リゾルバー２０と第２リゾルバー３０は、電気抵抗型リゾルバーであるが、もちろん、本発明はこれらに限定されない。

第１リゾルバー２０と第２リゾルバー３０は、同軸かつ互いに離間するようにモータのシャフトに設けられ、モータの角変位を測定するものである。それぞれ振幅変調の信号を発生し、デジタル信号プロセッサー（図示せず）によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を解析してモータの角変位の情報を得ることができる。

具体的には、第１リゾルバー２０と第２リゾルバー３０は、従来の技術と同じように、第１リゾルバー２０が固定子２１と回転子２２とから構成され、第２リゾルバー３０が固定子３１と回転子３２とから構成される。各固定子２１、３１と回転子２２、３２との互いに対向する面には、特定の数量の等距離磁極２３、２４、３３、３４が設けられ、各固定子２１、３１の等距離磁極２３、３３の数量と、各回転子２２、３２の等距離磁極２４、３４の数量とは、下記の数式で決める。

Ｎ_S：固定子の磁極の数量であり、
Ｎ_r：回転子の磁極の数量であり、
ｑ：位相数であり、
ｎ：回転子の磁極の間のスパンであり、
±ｋ：固定子の磁極の間の緩衝ピッチである。
上記の数式では、固定子の磁極の数量（Ｎ_S）は位相数（ｑ）の整数倍（ｔ）であることが必要である。

また、本発明の最も重要な技術特徴は、第１リゾルバー２０の第１回転子２２の磁極２４の数量と第２リゾルバー３０の第２回転子３２の磁極３４の数量は、互いの数量に対して素数である。本実施形態では、第１リゾルバー２０の第１回転子２２の磁極２４の数量を１１５にし、第２リゾルバー３０の第２回転子３２の磁極３４の数量を１１４にするが、もちろん、本発明はこれらに限定されない。例えば第１リゾルバー２０の第１回転子２２の磁極２４の数量を１２０にし、第２リゾルバー３０の第２回転子３２の磁極３４の数量を１１９にしてもよい。

第１リゾルバー２０と第２リゾルバー３０のモータに対して検知する角変位信号は、前記デジタル信号プロセッサーに入力して処理されて、角度解析プロセスによって解析される。前記角度解析プロセスは、アナログ信号をデジタル信号に変換するステップ１と、図５のＣに示すように、ステップ１から得られる各リゾルバー２０、３０の周期信号を重ねてＹ軸方向での差ｈを得るステップ２と、差ｈによって第１回転子２０に属する特定電気周期ｓｘを判断して、特定電気周期ｓｘによって、得られた電気角度βから絶対的な機械角度αを得るステップ３と、を含む。

ステップ１は、各リゾルバー２０、３０から入力するサイン（ｓｉｎ）信号およびコサイン（ｃｏｓ）信号を下記の数式によって電気角度（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｄｅｇｒｅｅ,β）に変換する。

なお、各回転子の１回転による電気信号の周期の個数がその磁極の数量と同じである。すなわち、第１回転子２２の１回転による電気信号の周期（ｓｘ，ｘ＝１〜１１５）の個数が１１５であり、各周期ｓｘの対応する機械角度（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｇｒｅｅ，α）が３６０／１１５である。第２回転子３２の１回転による電気信号の周期（ｓｘ，ｘ＝１〜１１４）の個数が１１４であり、各周期ｓｘの対応する機械角度（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｇｒｅｅ，α）が３６０／１１４である。且つ、各回転子の各周期による電気信号の対応する電気角度βの範囲は０度〜３６０度である。

これにより、機械角度αをＸ軸とし、電気角度βをＹ軸とする場合には、各回転子の回転による電気信号によって形成される一次関数の図形が図５のＡ及びＢに示すようになる。

ステップ２は、第１回転子２２が前の周期から次の周期に進入した直後に、第２回転子３２がまた前の周期にあるため、計算上では、第２回転子３２が次の周期に進入する前には、第１回転子２２が次の周期に進入した信号値に常数の３６０を加えて計算する。それに対応するラインは図５のＣにおける破線段Ｌで示した。

上記の解析プロセスは、周期の個数のより多い第１回転子を解析の標準とするが、周期の個数のより少ない第２回転子を解析の標準としてもよい。これらの得られる情報は絶対的な機械角度であるため、ゼロに復帰する必要がない。

すなわち、本発明の角度解析装置では、回転子の磁極の数量が相違する二つのリゾルバーを利用し、二つのリゾルバーの１回転による相違の周期信号の差によって、特定の周期を判断して、前記周期によって絶対的な機械角度を得る。前記機械角度が絶対的であるため、機械の毎回の起動前にゼロに復帰する必要がない。言い換えると、本発明の角度解析装置は、各周期の電気信号は一回転子が別の回転子による信号を比較の基準とするため、正確の情報を即時に得ることができ、機械の毎回の起動前にゼロに復帰せず、正確の機械角度を得ることができる。

このように、特定の例を参照して本発明を説明したが、それらの例は、説明のためだけのものであり、本発明を限定するものではなく、この分野に通常の知識を有する者には、本発明の要旨および特許請求の範囲を逸脱することなく、ここで開示された実施例に変更、追加、または、削除を施してもよいことがわかる。

本発明は、角度解析装置に適用することができる。

１０：角度解析装置、２０：第１リゾルバー、２１，３１：固定子、２２，３２：回転子、２３，２４，３３，３４：等距離磁極、３０：第２リゾルバー、
Ｌ：破線段、ｓｘ：特定電気周期。

Claims

第１回転子を有し、前記第１回転子の複数の磁極が前記第１回転子に等距離に環設される第１リゾルバーと、
前記第１回転子と同軸する第２回転子を有し、前記第２回転子の複数の磁極が前記第２回転子に等距離に環設され、且つ前記第２回転子の磁極の数量が前記第１回転子の磁極の数量と相違する第２リゾルバーと、
を備えることを特徴とする角度解析装置。
前記第１リゾルバーの第１回転子の磁極の数量と前記第２リゾルバーの第２回転子の磁極の数量とは、互いの数量に対して素数であることを特徴とする、請求項１に記載の角度解析装置。
前記第１リゾルバーの第１回転子の磁極の数量と前記第２リゾルバーの第２回転子の磁極の数量との差は１であることを特徴とする、請求項１または２に記載の角度解析装置。
前記第１回転子の磁極の数量が１１５であり、前記第２回転子の磁極の数量が１１４であることを特徴とする、請求項１に記載の角度解析装置。
前記第１リゾルバーと前記第２リゾルバーとは、電気抵抗型リゾルバーであることを特徴とする、請求項１に記載の角度解析装置。