JP2019020237A - レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】直動方向及び回転方向の２自由度を有する軸状部材の変位を精度よく検出するレゾルバを提供すること。【解決手段】本発明にかかるレゾルバは、内側支持部材の外周面に同一円周上に複数配置された第１突起部２２０と、励磁コイル２４０と、第１のフランジ２３０とを有するロータと、外側支持部材の内周面に複数配置された第２の突起部３２１と、第２の突起部３２１と交互に配置された第３の突起部３２２と、検出コイル３４１と、検出コイル３４２と、ロータを囲むようにそれぞれ設けられた第２のフランジ３３０と、を有するステータと、を備える。第２の突起部３２１及び第３の突起部３２２は、外側支持部材の内周面の予め設定された螺旋方向にも複数かつ交互に配置されており、第２のフランジ３３０は、互いに隣接する第２のフランジ３３０の対向する辺の長さが同じであって、軸状部材の螺旋方向の変位を検出する。【選択図】図７

Description

本発明はレゾルバに関し、特に２自由度の位置検出が可能なレゾルバに関する。

近年、産業用ロボットの発展に伴い、ロボットが担う仕事内容は、益々多様化することが求められている。それに伴い、ロボット開発の分野では、これまで以上に自由な動作を容易に実現するための開発が進んでいる。例えば、１軸２自由度の動作を１つのモータで実現する技術が提案されている。１軸２自由度の可動とは、軸の直動方向と、軸の回転方向とにそれぞれ自由に可動するという意味である。また、このような軸の変位を１つのセンサで同時に検出するための開発が行われている。

例えば、後述の非特許文献では、回転方向の変位検出を行うレゾルバを軸の直動方向に積み重ねて使用することにより、螺旋方向に動作する軸の変位を検出し、軸の直動方向の変位と、軸の回転方向の変位とに分解して算出する技術が提案されている。

「Design and analysis of a resolver for 2DOF tubular motor」 Hiroki Tsujimoto、Shodai Tanaka、Tomoyuki Shimono、Takahiro Mizoguchi、Masashi Watanabe、Katsumi Ishikawa著、ＩＥＥＥ ２０１６年１０月

非特許文献に記載されているレゾルバは、軸の螺旋方向の変位を検出することに成功している。しかしながら、出力信号と実際の軸の変位量との相関性が低く、精度よく軸の変位を検出することはできていない。そのため、より精度よく軸の変位を検出する技術が望まれている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、直動方向及び回転方向の２自由度を有する軸状部材の変位を精度よく検出するレゾルバの提供を目的とするものである。

本発明にかかるレゾルバは、軸状部材に固定される円筒状の内側支持部材と、前記内側支持部材の外周面からラジアル方向の外側に向かって同一円周上に複数配置された第１突起部と、前記第１突起部の周囲にそれぞれ巻回され互いに電気的に接続している励磁コイルと、前記第１突起部の先端にそれぞれ設けられた第１のフランジと、を有するロータと、
中空円筒状の外側支持部材と、前記外側支持部材の内周面の同一円周上からラジアル方向の内側に向かって複数配置された第２の突起部と、前記第２の突起部と交互に配置された第３の突起部と、前記第２の突起部の周囲にそれぞれ巻回され互いに電気的に接続している第１の検出コイルと、前記第３の突起部の周囲にそれぞれ巻回され互いに電気的に接続している第２の検出コイルと、前記第２の突起部及び前記第３突起部の先端に前記ロータを囲むようにそれぞれ設けられた第２のフランジと、を有するステータと、を備え、
前記第２の突起部及び前記第３の突起部は、前記外側支持部材の内周面の予め設定された螺旋方向にも複数かつ交互に配置されており、前記第２のフランジは、互いに隣接する前記第２のフランジの対向する辺の長さが同じであって、前記軸状部材の前記螺旋方向の変位を検出するものである。

このような構成により、軸状部材が予め設定された螺旋方向に動く場合の、螺旋方向の動きに連動した電圧を検出することができる。

本発明により、直動方向及び回転方向の２自由度を有する軸状部材の変位を精度よく検出するレゾルバを提供することができる。

実施の形態１にかかるレゾルバの斜視図である。 実施の形態１にかかるレゾルバの分解図である。 実施の形態１にかかるステータの斜視図である。 実施の形態１にかかるロータの斜視図である。 実施の形態１にかかるレゾルバにおけるステータとロータの正面図である。 実施の形態１にかかるレゾルバの基本回路図である。 実施の形態１にかかるステータ部組におけるシューの形状及び配置図である。 実施の形態１にかかるシューの形状を説明するため図である。 実施の形態２にかかるレゾルバの全体構成図である。 実施の形態２にかかるステータ部組におけるティースの配置図である。 レゾルバの基本回路図である。 レゾルバの信号波形を示した図である。 包絡線を重畳させて表示したグラフである。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１を参照しながら、実施の形態１にかかるレゾルバの概要について説明する。図１は、実施の形態１にかかるレゾルバ１００の斜視図である。レゾルバ１００は、軸９００の螺旋方向の変位を検出することができる。軸９００は、軸の直動方向と、軸の回転方向とに、それぞれ可動する。

以降の説明において、軸の直動方向は方向Ｘと示す。同様に、本実施の形態の説明において、軸の回転方向は、方向Ｔと示す。尚、軸の直動方向である方向Ｘは、軸のアキシャル方向と称されても良い。同様に、軸の回転方向である方向Ｔは、軸のタンジェンシャル方向と称されても良い。

尚、以下の説明及び図面において、複数の図面に共通する構成についてはそれぞれ共通の符号を付している。そのため、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

レゾルバ１００は、円筒状のステータ部組３００と、ステータ部組３００の内側に設けられたロータ部組２００とを備えている。

ロータ部組２００は、予め設定された範囲内において方向Ｘに往復自在になるように配置されている。また、ロータ部組２００は、方向Ｔに回転自在に配置されている。ロータ部組２００の中心軸部分には、孔２５０が設けられている。軸９００は、孔２５０に挿通されるとともに、孔２５０に対して固定されている。したがって、軸９００と、ロータ部組２００とは、連動する。

ステータ部組３００は、ロータ部組２００を囲むように配置されている。また、ステータ部組３００は、図示しないベース部材に対して固定され得る。軸９００の支持部材も、図示しないベース部材に対して固定され得る。したがって、ステータ部組３００は、軸９００の支持部に対して直接的又は間接的に接続されている。

ロータ部組２００は、図示しない外部回路より励磁信号を印加され得る。ロータ部組２００は、励磁信号が印加されると、磁界を発生させる。つまり、ロータ部組２００は、方向Ｘ又は方向Ｔにおいて動きながら、励磁信号に対応した磁界を発生させる。ステータ部組３００は、ロータ部組２００が発生させた磁界を検出する。そのため、レゾルバ１００は、ロータ部組２００に固定された軸９００の、方向Ｘにおける相対的な変位と、方向Ｔの相対的な変位とをそれぞれ検出し得る構造を有している。

次に、図２〜５を参照しながら、レゾルバ１００の構成詳細を説明する。図２は、実施の形態１にかかるレゾルバ１００の分解図である。レゾルバ１００は、ステータ部組３００と、ロータ部組２００とを備えている。

ロータ部組２００は、ロータ２０１を２個有している。２個のロータ２０１は、方向Ｘに同軸状に並べられている。ただし、２個のロータ２０１は、方向Ｔに２２．５度ずらして配置されている。

続いて、図３を参照しながら、ロータ２０１の詳細について説明する。図３は、実施の形態１にかかるロータ２０１の斜視図である。

ロータ２０１は、円筒状の内側支持部材２１０と、８個のティース２２０を有している。内側支持部材２１０は、中心軸部分に孔２５０を有している。８個のティース２２０は、内側支持部材２１０の外周面からラジアル方向の外側に向かって同一円周上に等間隔に配置されている。つまり、８個のティース２２０は、４５度間隔に配置されている。

ティース２２０は、励磁コイル２４０と、シュー２３０を有している。励磁コイル２４０は、ティース２２０の芯材の周囲にラジアル方向に沿って巻回された導線である。８個のティース２２０にそれぞれ巻回された励磁コイル２４０は、互いに電気的に接続している。

シュー２３０は、ティース２２０の先端に設けられたフランジ状の部材である。シュー２３０は、頂面２３１を有している。頂面２３１上の任意の点は、ロータ２０１の回転軸２５１から等距離である。すなわち、頂面２３１は、回転軸２５１から等距離の点を繋いで描いた円筒面上に構成されている。

シュー２３０の頂面２３１は、辺２３２、辺２３３、辺２３４及び辺２３５により囲まれた形状を呈している。頂面２３１は、ラジアル方向に投影した場合の形状が正方形である。正方形である頂面２３１は、２本の対角線のうちの一本が回転軸２５１と平行になるように形成されている。また、頂面２３１は、２本の対角線のうちの他の一本が方向Ｔに沿うように形成されている。つまり、頂面２３１の有する辺２３２〜２３５は、回転軸２５１に対して４５度の角度を有する螺旋に沿って形成されている。

内側支持部材２１０、ティース２２０の芯材及びシュー２３０は、磁性材料により形成される。磁性材料とは、例えば、鉄を主成分とした一般用鋼材であってもよい。また、磁性材料とは、例えば、鉄を主成分として、ケイ素やフェライトなどを混合した金属材料であってもよい。

図２に戻り、ステータの詳細について説明する。ステータ部組３００は、ステータ３０１を６個有している。６個のステータ３０１は、方向Ｘに同軸状に並べられている。ただし、隣接するステータ３０１は、方向Ｔに１１．２５度ずつずらして配置されている。

続いて、図４を参照しながら、ステータ３０１の詳細について説明する。図４は、実施の形態１にかかるステータ３０１の斜視図である。

ステータ３０１は、中空円筒状の外側支持部材３１０と、８個のティース３２１と、８個のティース３２２を有している。ティース３２１と、ティース３２２とは、外側支持部材３１０の内周面の同一円周上からラジアル方向の内側に向かって交互に等間隔に配置されている。つまり、８個のティース３２１及び８個のティース３２２は、２２．５度間隔に交互に配置されている。

ティース３２１は、検出コイル３４１と、シュー３３０を有している。検出コイル３４１は、ティース３２１の周囲にラジアル方向に沿って巻回された導線である。８個のティース３２１にそれぞれ巻回された検出コイル３４１は、互いに電気的に接続している。

ティース３２２は、検出コイル３４２と、シュー３３０を有している。検出コイル３４２は、ティース３２２の周囲にラジアル方向に沿って巻回された導線である。８個のティース３２２にそれぞれ巻回された検出コイル３４２は、互いに電気的に接続している。

検出コイル３４１と、検出コイル３４２とが交互に配置されていることにより、ロータ部組２００が有する励磁コイル２４０が発生させる磁界の位相差を検出し、ロータ部組２００の変位を検出し得る。

シュー３３０は、ティース３２１及びティース３２２の先端に設けられたフランジ状の部材である。シュー３３０は、頂面３３１を有している。頂面３３１上の任意の点は、ロータ２０１の回転軸２５１から等距離である。すなわち、頂面３３１は、回転軸２５１から等距離の点を繋いで描いた円筒面上にロータ２０１を囲むように構成されている。

シュー３３０の頂面３３１は、辺３３２、辺３３３、辺３３４及び辺３３５により囲まれた形状を呈している。頂面３３１は、ラジアル方向に投影した場合の形状が正方形である。正方形である頂面３３１は、２本の対角線のうちの一本が回転軸２５１と平行になるように形成されている。また、頂面３３１は、２本の対角線のうちの他の一本が方向Ｔに沿うように形成されている。つまり、頂面３３１の有する辺３３２〜３３５は、回転軸２５１に対して４５度の角度を有する螺旋に沿って形成されている。

外側支持部材３１０、ティース３２１及びティース３２２の芯材及びシュー３３０は、磁性材料により形成される。磁性材料とは、例えば、鉄を主成分とした一般用鋼材であってもよい。また、磁性材料とは、例えば、鉄を主成分として、ケイ素やフェライトなどを混合した金属材料であってもよい。

図５は、実施の形態１にかかるレゾルバ１００におけるロータ２０１とステータ３０１の正面図である。理解を簡単にするため、図５ではロータ２０１とステータ３０１をそれぞれ１つずつ配置している。図５に示すように、ロータ２０１の有するティース２２０は、角度４１０毎に等間隔に８個配置されている。実施の形態１の場合、角度４１０は、４５度である。また、ステータ３０１の有するティース３２１及びティース３２２は、角度４２０毎に等間隔に１６個配置されている。実施の形態１の場合、角度４２０は、２２．５度である。

図２を参照しながら説明したように、ロータ部組２００は、２個のロータ２０１を有している。そして、２個のロータ２０１は、２２．５度ずれて配置されている。つまり、２個のロータ２０１は、角度４２０ずれて配置されている。この角度４２０は、ティース２２０の配置角度の半分である。また、この角度４２０は、ステータ３０１が有しているティース３２１とティース３２２との配置角度と同じである。

図２を参照しながら説明したように、ステータ部組３００は、６個のステータ３０１を有している。そして、６個のステータ３０１は、１１．２５度ずれて配置されている。つまり、６個のステータ３０１は、角度４３０ずれて配置されている。この角度４３０は、ティース３２１とティース３２２との配置角度の半分である。

次に、ロータ２０１とステータ３０１との隙間について説明する。図５に示すように、ロータ２０１及びステータ３０１は、ロータ２０１の回転軸２５１に対して同軸円状に配置されている。ロータ２０１が有している頂面２３１と、ステータ３０１が有している頂面３３１とは、隙間４００を介して対向するように配置されている。８個の頂面２３１は、回転軸２５１から等距離の点を繋いで描いた円筒面上に構成されている。同様に、１６個の頂面３３１は、回転軸２５１から等距離の点を繋いで描いた円筒面上に構成されている。したがって、頂面２３１と、頂面３３１との隙間４００は、一定になるように構成されている。換言すると、頂面２３１の主面における任意の点と、頂面２３１の主面に対向する頂面３３１の主面との最短距離は、一定である。尚、隙間４００は、励磁コイルが発生させた磁界を検出コイルが精度よく検出するためには、小さい方が好ましい。具体的には、例えば、隙間４００は、０．５ｍｍ程度である。

尚、本実施の形態１にかかる頂面２３１をラジアル方向に投影した場合の外形と、頂面３３１をラジアル方向に投影した場合の外形とは、一致するように構成されている。しかしながら、これらは例えば、頂面２３１をラジアル方向に投影した場合の外形が、頂面３３１をラジアル方向に投影した場合の外形よりも小さくてもよく、またその逆であっても良い。

次に、図６を参照しながら、レゾルバ１００の基本回路について説明する。図６は、レゾルバ１００の基本回路図である。

レゾルバ１００は、ロータ部組２００と、ステータ部組３００とを有している。ロータ部組２００は、励磁コイル２４０を含んでいる。ステータ部組３００は、検出コイル３４１及び検出コイル３４２を含んでいる。励磁コイル２４０は、交流電源７００により励磁信号が印加される。励磁信号とは、例えば、定常高周波の交流電圧である。励磁信号が印加されると、励磁コイル２４０には、磁界が発生する。励磁コイル２４０に発生した磁界の影響を受け、電磁誘導の原理により、検出コイル３４１には、電圧Ｖ_１が発生する。同様に、検出コイル３４２には、電圧Ｖ_２が発生する。

電圧Ｖ_１に基づく検出コイル３４１の検出信号と、電圧Ｖ_２に基づく検出コイル３４２の検出信号との間には、位相差がある。レゾルバ１００は、この位相差を含む検出信号を出力することにより、軸９００の変位を検出することができる。

次に、図７を参照しながら、レゾルバ１００におけるシューの形状及び配置について詳細を説明する。図７は、実施の形態１にかかるステータ部組におけるシューの形状及び配置図である。図７は、レゾルバ１００の回転軸２５１からラジアル方向に外側を観察した場合の、ステータ部組３００の状態を平面に展開して模式的に示したものである。つまり、図７は、ステータ部組３００の頂面３３１が含まれる円筒を平面状に展開した場合の一部分を示したものである。尚、図７に示したレゾルバ１００は、レゾルバＡと称されることとする。

図７は、図面の上下方向が方向Ｘを示しており、図面の上方向が方向Ｘのプラス方向、図面の下方向が方向Ｘのマイナス方向である。図面の左右方向は、方向Ｔを示しており、図面の右方向が方向Ｔのプラス方向、図面の左方向が方向Ｔのマイナス方向である。

図７に示すレゾルバＡのステータ部組３００は、ステータＡ１〜Ａ６を有している。ステータＡ１〜Ａ６は、方向Ｘのマイナス方向からプラス方向に向けて並べられている。ステータＡ１とステータＡ２とは、方向Ｔのプラス方向に角度４３０ずれて配置されている。同様に、ステータＡ２とステータＡ３とは、方向Ｔのプラス方向に角度４３０ずれて配置されている。別の言い方をすれば、ステータＡ１〜Ａ６は、角度４４０右巻き螺旋方向に沿って配置されている。尚、実施の形態１における角度４４０は、４５度である。

図７において、ティース３２１が有しているシュー３３０には、数字の「１」が記載されている。同様に、図７において、ティース３２２が有しているシュー３３０には、数字の「２」が記載されている。ステータＡ１のシュー３３０においては、数字の「１」の左右両隣に数字の「２」が示されている。同様に、ステータＡ１のシュー３３０においては、数字の「２」の左右両隣に数字の「１」が示されている。つまり、ステータＡ１は、ティース３２１と、ティース３２２とが交互に配置されている。ティース３２１とティース３２２との配置角度は角度４２０である。

ステータＡ１の隣は、ステータＡ２が並べられている。ステータＡ２は、ステータＡ１とは方向Ｔのプラス方向に角度４３０ずれた状態で、方向Ｘのプラス側且つ同じ回転軸上に並べられている。したがって、ステータＡ１の数字「１」の右上に、ステータＡ２の数字「１」が配置されている。同様に、ステータＡ１の数字「２」の右上に、ステータＡ２の数字「２」が配置されている。以降、ステータＡ６まで、シュー３３０は、同じパターンによって配置されている。そのため、図７において、シュー３３０は、方向Ｔのプラス方向且つ方向Ｘのプラス方向に同じ数字が並ぶように配置されている。換言すると、シュー３３０は、方向Ｔのマイナス方向且つ方向Ｘのプラス方向に数字が交互に並ぶように配置されている。

次に、ロータ部組２００が有するシュー２３０との関係について説明する。図７において、太線で示されている箇所は、ロータ部組２００が有しているシュー２３０が近接している。つまり、図７に示した例では、ロータ部組２００は、ステータＡ１及びステータＡ３のティース３２１を励磁している。このように、ロータ部組２００の有するシュー２３０は、ステータ部組３００のティース３２１及びティース３２２の位置に対応している。また、全てのシュー２３０は、図７に示した位置から、方向Ｘ又は方向Ｔに同時に同じ量を変位する。したがって、ステータ部組３００が有する複数の検出コイル３４１及び検出コイル３４２から検出信号を取得することができる。

レゾルバ１００は、ロータ部組２００のシュー２３０がステータ部組３００のティース３２１との距離を変化させる場合又はロータ部組２００のシュー２３０がステータ部組３００のティース３２２との距離を変化させる場合に変位を検出し得る。図７に示した例の場合、ティース３２１及びティース３２２は、方向Ｘのプラス方向且つ方向Ｔのプラス方向に沿って、螺旋状に並んでいる。換言すると、ティース３２１及びティース３２２は、４５度の右巻き螺旋方向に沿って交互に並んでいる。そのため、レゾルバＡは、ロータ部組２００が４５度右巻き螺旋方向すなわち図７に示すＨ１方向に変位する場合に、最も高い感度と共にロータ部組２００の相対的な変位を検出し得る。尚、右巻き螺旋方向は、右ネジ方向とも称される。

次に、図８を参照しながら、シュー３３０の形状について詳細を説明する。図８は、実施の形態１にかかるシュー３３０の形状を説明するための図である。図８は、シュー３３０をラジアル方向に投影した場合の図である。シュー３３０の頂面３３１は、辺３３２、辺３３３、辺３３４及び辺３３５により囲まれた四角形を呈している。頂面３３１は、辺３３２〜辺３３５までの４つの辺の長さが全て同じである。

また、頂面３３１は、辺３３２と辺３３３との間に角３５６を有している。同様に、頂面３３１は、辺３３３と辺３３４との間に角３５７を、辺３３４と辺３３５との間に角３５８を、辺３３５と辺３３２との間に角３５９を有している。実施の形態１において、角３５６〜３５９にかかる内角は全て直角である。

頂面３３1は、角３５７と角３５９とを結ぶ対角線が方向Ｘと平行になるように形成されている。つまり、頂面３３１の対角線の内の一本は、回転軸２５１と平行になるように形成されている。また、頂面３３１は、２本の対角線のうちの他の一本が方向Ｔに沿うように形成されている。つまり、頂面３３１の有する辺３３２〜３３５は、回転軸２５１に対して４５度の角度を有する螺旋に沿って形成されている。

次に、隣接するシュー３３０同士の隙間について説明する。図８に示すように、シュー３３０は、互いに隣接するシュー３３０と等間隔に配置されている。つまり、シュー３３０と、互いに隣接するシュー３３０との隙間３５０は全て均等である。この際、隙間３５０は小さい方が好ましい。具体的には、例えば、隙間３５０は、シュー３３０の方向Ｘの長さの１０％未満が好ましい。

また、実施の形態１にかかる頂面３３１をラジアル方向に投影した場合の外形は、正方形でなく、ひし形であってもよい。つまり、図８に示した例の場合、角３５６にかかる内角と、角３５８にかかる内角とが等しく、角３５７にかかる内角と、角３５９にかかる内角とが等しければよい。その場合、ロータ２０１が有するシュー２３０の頂面２３１は、頂面３３１と同じ形状であってもよい。

また、実施の形態１にかかる頂面３３１をラジアル方向に投影した場合の外形は、四角形でなく、他の形状であってもよい。例えば、頂面３３１をラジアル方向に投影した場合の外形は、六角形であって、互いに隣接する頂面３３１の対向する辺の長さが同じであってもよい。同様に、頂面３３１をラジアル方向に投影した場合の外形は、三角形であって、互いに隣接する頂面３３１の対向する辺の長さが同じであってもよい。

以上の構成により、図７に例示したレゾルバＡは、軸９００の右巻き螺旋方向の変位を検出することができる。尚、隣接するステータ３０１が、角度４４０の左巻き螺旋方向に沿って配置されている場合には、ロータ部組２００が４５度左巻き螺旋方向に変位する場合に、最も高い感度と共にロータ部組２００の相対的な変位を検出し得る。

このような構成により、本実施の形態１は、直動方向及び回転方向の２自由度を有する軸状部材の変位を精度よく検出するレゾルバを提供することができる。

＜実施の形態２＞
次に、図９〜１１を参照しながら実施の形態２について説明する。実施の形態２にかかるレゾルバ１００は、右巻き螺旋方向用のレゾルバと、左巻き螺旋方向用のレゾルバとを組み合わせて使用する点において、実施の形態１と異なる。

図９を参照しながら、実施の形態２にかかるレゾルバの全体構成について説明する。図９は、実施の形態２にかかるレゾルバ１０１の全体構成図である。レゾルバ１０１は、レゾルバＡとレゾルバＢを備えている。

レゾルバＡは、実施の形態１にかかるレゾルバ１００と同様の構成である。レゾルバＡは、ロータ部組２００、ステータ部組３００を有している。ステータ部組３００は、ステータＡ１〜Ａ６を含んでいる。レゾルバＡは、右巻き螺旋方向に対する軸９００の変位を検出し得る。

レゾルバＢは、ロータ部組２００、ステータ部組３００を有している。ステータ部組３００は、ステータＢ１〜Ｂ６を含んでいる。レゾルバＢは、レゾルバＡとは、ステータの配置が異なる。レゾルバＢは、左巻き螺旋方向に対する軸９００の変位を検出し得る。

軸９００は、レゾルバＡのロータ部組２００と、レゾルバＢのロータ部組２００とに、対してそれぞれ固定されている。したがって、軸９００、レゾルバＡのロータ部組２００及びレゾルバＢのロータ部組２００は連動する。したがって、右巻き螺旋方向に対する軸９００の変位を検出し、レゾルバＢは、左巻き螺旋方向に対する軸９００の変位を検出する。また、レゾルバＡとレゾルバＢとは、互いの磁界に干渉して悪影響を及ぼさない程度に離れた位置に設置されている。

図１０を参照しながら、レゾルバＢのティース３２１及びティース３２２の配置を説明する。図１０は、実施の形態２にかかるステータ部組におけるティースの配置図である。図１０に示すレゾルバＢのステータ部組３００は、ステータＢ１〜Ｂ６を有している。ステータＢ１〜Ｂ６は、方向Ｘのマイナス方向からプラス方向に向けて並べられている。ステータＢ１とステータＢ２とは、方向Ｔのマイナス方向に角度４３０ずれて配置されている。同様に、ステータＢ２とステータＢ３とは、方向Ｔのマイナス方向に角度４３０ずれて配置されている。別の言い方をすれば、ステータＢ１〜Ｂ６は、角度４４０左巻き螺旋方向に沿って配置されている。尚、角度４４０は、４５度である。

レゾルバＢの有するティース３２１及びティース３２２は、方向Ｘのプラス方向且つ方向Ｔのプラス方向に沿って、螺旋状に並んでいる。換言すると、ティース３２１及びティース３２２は、４５度の左巻き螺旋方向に沿って交互に並んでいる。そのため、レゾルバＢは、ロータ部組２００が４５度左巻き螺旋方向すなわち図１０に示すＨ２方向に変位する場合に、最も高い感度と共にロータ部組２００の相対的な変位を検出し得る。尚、左巻き螺旋方向は、左ネジ方向とも称される。

ロータ部組２００が有するシュー２３０との関係は、図７において説明したとおりである。つまり、図１０に示した例では、ロータ部組２００は、ステータＢ１及びステータＢ３のティース３２１を励磁している。このように、ロータ部組２００の有するシュー２３０は、ステータ部組３００のティース３２１及びティース３２２の位置に対応している。また、全てのシュー２３０は、図１０に示した位置から、方向Ｘ又は方向Ｔに同時に同じ量を変位する。したがって、ステータ部組３００が有する複数の検出コイル３４１及び検出コイル３４２から検出信号を取得することができる。

次に、図１１〜１３を参照しながら、実施の形態２にかかるレゾルバ１０１における変位算出方法について説明する。まず、図１１を参照しながら、レゾルバ１０１の基本回路について簡単に説明する。図１１は、レゾルバ１０１の基本回路図である。

レゾルバ１０１は、レゾルバＡと、レゾルバＢと、変位算出部６００とを有している。レゾルバＡは、ロータ部組２００と、ステータ部組３００とを有している。ロータ部組２００は、励磁コイル２４０を含んでいる。ステータ部組３００は、検出コイル３４１及び検出コイル３４２を含んでいる。励磁コイル２４０は、交流電源７００により励磁信号が印加される。励磁信号とは、例えば、定常高周波の交流電圧である。励磁信号が印加されると、励磁コイル２４０には、磁界が発生する。励磁コイル２４０に発生した磁界の影響を受け、電磁誘導の原理により、検出コイル３４１には、電圧Ｖ_Ａ１が発生する。同様に、検出コイル３４２には、電圧Ｖ_Ａ２が発生する。レゾルバＢも、レゾルバＡと同様に、検出コイル３４１には、電圧Ｖ_Ｂ１が発生する。そして、レゾルバＢの検出コイル３４２には、電圧Ｖ_Ｂ２が発生する。

レゾルバＡの検出信号と、レゾルバＢの検出信号とは、それぞれ、変位算出部６００に出力される。変位算出部６００は、レゾルバＡの検出コイル３４１、レゾルバＡの検出コイル３４２、レゾルバＢの検出コイル３４１及びレゾルバＢの検出コイル３４２をそれぞれ受ける。そして、変位算出部６００は、入力された信号から、軸９００の変位を算出する。

図１２及び図１３を参照しながら、変位算出部６００の機能について説明する。図１２は、レゾルバの信号波形を示した図である。図１２（ａ）は、励磁コイル２４０に印加される励磁信号の例である。図１２（ｂ）は、検出コイル３４１が出力する検出信号の例である。図１２（ｃ）は、検出コイル３４２が出力する検出信号の例である。各図の縦軸は電圧を示しており、横軸は時間を示している。例えば、励磁コイル２４０には、図１２（ａ）に示すような所定の交流電圧信号１１が印加される。軸９００が定常回転をしていた場合、検出コイル３４１は、図１２（ｂ）に示すような検出信号２１を出力する。同様に、検出コイル３４２は、図１２（ｃ）に示すような検出信号３１を出力する。検出コイル３４１及び検出コイル３４２が異なる場所に配置されていることにより、それぞれの検出コイルが出力する誘導電圧の波形は、位相が異なる。検出信号２１及び検出信号３１から、同期検波という手法を用いることにより、検出信号２１の包絡線２２と、検出信号３１の包絡線３２とをそれぞれ算出することができる。

図１３は、包絡線２２及び包絡線３２を重畳させて表示したグラフである。図１３の縦軸は電圧を示しており、横軸は時間を示している。包絡線２２は、振幅がＶｍの正弦波を描いている。また、包絡線３２は、振幅がＶｍの余弦波を描いている。つまり、検出コイル３４１が出力した包絡線２２と、検出コイル３４２が出力した包絡線３２とは、４分の１波長分の位相がずれている。より具体的には、時刻ｔ１において、包絡線２２の電圧はＶｍであり、包絡線３２の電圧は０である。そして、４分の１波長進んだ時刻ｔ２では、包絡線２２の電圧は０であり、包絡線３２の電圧は−Ｖｍである。この例では、検出コイル３４１の検出信号は、検出コイル３４２の検出信号よりも４分の１波長分位相が早いことを示している。このように、ステータ部組３００内の位置の異なる検出コイルから得られる検出信号の位相差を算出することにより、レゾルバ１０１に係合されている軸９００の変位を検出し得る。

次に、変位算出部６００が変位を算出する方法について具体的に説明する。レゾルバ１０１が有するレゾルバＡは、右巻き螺旋方向に対する軸９００の変位を検出する。レゾルバＡは、以下に示す式（１）により電気角θ_ｅ１を出力する。尚、電気角とは、図１３に示した検出信号の１サイクルを３６０度とする角度である。

式（１）において、ｘは直動方向である方向Ｘにおけるロータ部組２００の変位である。ｌ_ｐは、直動方向である方向Ｘにおける１周期の距離である。また、θは、方向Ｔにおける軸９００の回転角度である。

レゾルバ１０１が有するレゾルバＢは、左巻き螺旋方向に対する軸９００の変位を検出する。レゾルバＢは、以下に示す式（２）により電気角θ_ｅ２を出力する。

上述の式（１）及び式（２）から、軸９００の方向Ｘにおける変位ｘと、軸９００の方向Ｔにおける回転角度θとを算出することができる。具体的には、以下に示す式（３）により軸９００の方向Ｘにおける変位ｘを算出することができる。

また、以下に示す式（４）により軸９００の方向Ｔにおける変位θを算出することができる。

このように、実施の形態２にかかるレゾルバ１０１は、右巻き螺旋方向の変位を検出するレゾルバＡと、左巻き螺旋方向の変位を検出するレゾルバＢとを備えることにより、軸９００の直動方向と、軸９００の回転方向の任意の変位を検出することが可能となる。また、レゾルバＡ及びレゾルバＢがそれぞれ有するシュー３３０の形状及び配置は、実施の形態１にかかるレゾルバ１００と同様である。そのため、直動方向及び回転方向の２自由度を有する軸状部材の変位を精度よく検出するレゾルバを提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１００、１０１ レゾルバ
２００ ロータ部組
２０１ ロータ
２１０ 内側支持部材
２２０、３２１、３２２ ティース
２３０、３３０ シュー
２３１、３３１ 頂面
２４０ 励磁コイル
２５０ 孔
２５１ 回転軸
３００ ステータ部組
３０１ ステータ
３１０ 外側支持部材
３４１、３４２ 検出コイル
６００ 変位算出部
７００ 交流電源
９００ 軸

Claims (8)

1. 軸状部材に固定される円筒状の内側支持部材と、前記内側支持部材の外周面からラジアル方向の外側に向かって同一円周上に複数配置された第１突起部と、前記第１突起部の周囲にそれぞれ巻回され互いに電気的に接続している励磁コイルと、前記第１突起部の先端にそれぞれ設けられた第１のフランジと、を有するロータと、
   中空円筒状の外側支持部材と、前記外側支持部材の内周面の同一円周上からラジアル方向の内側に向かって複数配置された第２の突起部と、前記第２の突起部と交互に配置された第３の突起部と、前記第２の突起部の周囲にそれぞれ巻回され互いに電気的に接続している第１の検出コイルと、前記第３の突起部の周囲にそれぞれ巻回され互いに電気的に接続している第２の検出コイルと、前記第２の突起部及び前記第３の突起部の先端に前記ロータを囲むようにそれぞれ設けられた第２のフランジと、を有するステータと、を備え、
   前記第２の突起部及び前記第３の突起部は、前記外側支持部材の内周面の予め設定された螺旋方向にも複数かつ交互に配置されており、前記第２のフランジは、互いに隣接する前記第２のフランジの対向する辺の長さが同じであって、前記軸状部材の前記螺旋方向の変位を検出する、レゾルバ。
2. 前記第２のフランジは、互いに隣接する前記第２のフランジ同士の隙間が、均等である、
   請求項１に記載のレゾルバ。
3. 前記第２のフランジは、ラジアル方向に投影した場合の外形が、ひし形であって、対角線が、直動方向と円周方向とのそれぞれに一致するように配置されている、
   請求項１又は２に記載のレゾルバ。
4. 前記第２のフランジは、ひし形の内角が直角である、
   請求項３に記載のレゾルバ。
5. 前記第１のフランジの主面における任意の点と、前記第１のフランジの主面に対向する前記第２のフランジの主面との最短距離が一定である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のレゾルバ。
6. 前記第１のフランジをラジアル方向に投影した場合の外形と、前記第２のフランジをラジアル方向に投影した場合の外形とが同じである、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のレゾルバ。
7. 右巻き螺旋方向に対する変位を検出する第１のレゾルバと、前記右巻き螺旋方向とは対称の左巻き螺旋方向に対する変位を検出する第２のレゾルバとを備え、第１のレゾルバからの第１出力と、第２のレゾルバからの第２出力とに基づいて、任意の螺旋方向の変位を検出する、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のレゾルバ。
8. 前記第１出力及び前記第２出力は、それぞれのレゾルバの電気角であり、前記第１出力の値及び前記第２出力の値の和及び差を算出することにより、前記軸状部材の直動方向の変位及び回転方向の変位を算出する変位算出部をさらに備える、
   請求項７に記載のレゾルバ。

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