JP3562616B2

JP3562616B2 - 電磁式回転検出器

Info

Publication number: JP3562616B2
Application number: JP01772698A
Authority: JP
Inventors: 元則松下
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JPH11201776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子側に励磁巻線を、固定子側に検出巻線を備えた電磁式回転検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁式回転検出器は、例えば図１１の回転子の説明図および図１２の構成図に示すように、回転子１の外周に設けた複数のスロット２（スロット番号ｎ_１〜ｎ_８）の中に励磁コイル３を設け、回転子１に空隙を介して対向する固定子４に機械的に９０度位相がずれたα相検出コイル５ａ，β相検出コイル５ｂを設けてある。励磁コイル３には回転トランス６を介して無接触で電圧を印加するようにしてある。
励磁コイル３を正弦波（ｓｉｎωｔ）の電圧で励磁し、回転角θのとき、検出コイル５ａ，５ｂにそれぞれ位相の異なる正弦波状のα相およびβ相の検出電圧（Ｖα＝Ｋｃｏｓθ・ｓｉｎωｔと，Ｖβ＝Ｋｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）を出力し、それぞれの検出電圧から検出回路７により回転子２の回転角を求めるようにしたものが開示されている（例えば、実開平７−２６７１８号公報）。
回転子１に設けた励磁コイル３は、１極対では検出精度が低いため、検出精度を高めるために多極対コイルを設けている。例えば、回転子１の外周に８個のスロット２を設け、順次多相電源から励磁された多相コイルｃ_１〜ｃ_８をスロット２に挿入し、多極対の励磁を行うようにしてある。
励磁コイル３は検出コイル５ａ，５ｂに磁束が効率的に鎖交するように、スロット２を数個飛びに挿入してある。
また、１回転中の絶対位置を検出するためには、１極対の励磁コイル３ｘと検出コイル５ｘ，５ｙを設けた絶対位置検出器を別に備えて、検出コイル５ｘ，５ｙの検出信号から絶対位置を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、励磁コイル３がスロット２を数個飛びに挿入するため、スロット２の飛び角が機械角で１８０度以上になり、コイルをスロット２に挿入する時、各多相コイルｃ_１〜ｃ_８の間で重なりが多くなり、最初に挿入したコイルの下に最後のコイルを挿入するというように、コイル挿入作業が複雑で多くの作業工数を必要とするという問題があった。
また、１回転中の絶対位置検出のために、別に絶対位置検出器を設ける必要があり、コストが高くなるという問題があった。
本発明は、コイル挿入作業が容易となる安価で位置検出精度の高い電磁式回転検出器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、円周方向に等間隔に複数対の凸極部と、前記凸極部の両側に開口する偶数のスロットの中に挿入した励磁コイルを有する回転子と、前記回転子に空隙を介して対向し、機械的に９０度位相がずれた位置に設けた二つの検出コイルを有する固定子とを備えた電磁式回転検出器において、前記励磁コイルは、前記凸極部の回りに集中巻きに巻回した複数の単位コイルを円周方向に順次前記スロットに挿入し、前記各スロットにおける前記単位コイルの磁束発生に有効な巻数を円周方向に移動するに従って正弦波状に変化させたものである。
また、前記単位コイルの磁束発生に有効な巻数は、前記単位コイルの巻き方向の一方の符号を＋、他方の符号を−として各スロットの中の巻数を加算した値である。
したがって、励磁コイルによって１回転が１周期となる正弦波に近似した高調波成分のない正弦波波形の磁界を発生することができ、それにともない、検出電圧も正弦波状となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例の回転子を示す正断面図、図２は構成図、図３は励磁コイルとスロットの関係を示す説明図である。
図において、１は磁性体からなる回転子で、円周方向に等間隔に開口する８個のスロット２（スロット番号ｎ_１〜ｎ_８）を設けてあり、それぞれ隣り合うスロット２の間に挟まれた凸極部２１を８極形成している。３は励磁コイルで、各凸極部２１に集中巻きで巻回した８個の単位コイル３１〜３８から構成されている。４は回転子１に空隙を介して対向する固定子で、機械的に９０度位相がずれた検出コイル５ａ，５ｂを設けてある。６は回転トランスで、無接触で励磁コイル３に電圧を印加するようにしてある。７は検出コイルの出力から回転子１の回転角を演算する検出回路である。
【０００６】
各凸極部２１に発生する磁束密度は、各凸極部２１両側のスロット２の中に挿入されたコイル巻数と、そのコイルに流れる電流の方向によって決まる。したがって、一つのスロットの中に挿入されたコイルによって発生する磁束は、そのコイルに流れる電流の方向（＋，−）を付したコイル巻数の加算値に比例し、その加算値が磁束を発生させるために有効なコイル巻数となる。
そこで、単位コイル３１〜３８の巻き回数は、各スロット２の中に挿入されたコイルの巻数に、そのコイルに流れる電流の方向の符号（＋、−）を付し、スロットの中のコイルの巻数の加算値が円周方向に移動するに従って、正弦波状に変化するように巻回してある。
すなわち、図４に示すように、スロット番号ｎ_１〜ｎ_８に挿入した単位コイル３１〜３８の磁束発生に有効な巻数が正弦波状に変化するように、１回転の回転角３６０度をスロット数８で分割した４５度毎に区分してスロット２の中の巻線数を加算する。
また、各単位コイル３１〜３８の巻数比の種類を、９０度を４５度で分割した数の２グループ（ＡグループおよびＢグループ）に分け、コイルの巻き方向を正方向（＋）と逆方向（−）に分ける。その上で、図４に示すように、
ｓｉｎ９０°＝２Ａ＝１、ｓｉｎ４５°＝−Ａ＋Ｂ≒０．７となるようにＡ，Ｂの値を決定する。
したがって、Ａ＝０．５，Ｂ＝０．７＋０．５＝１．２となり、
Ａ：Ｂ＝０．５：１．２の巻数比となる。
【０００７】
ここで、図１および図３に示すように、単位コイル３１、３４を逆方向のＡグループ、単位コイル３５、３８を正方向のＡグループ、単位コイル３２、３３を逆方向のＢグループ、３６、６７を正方向のＢグループとする。
例えば、スロット番号ｎ_１〜ｎ_４について、コイルの巻き方向を考慮した巻数の加算から、磁束発生に有効な巻数比を求めると、次のような値となる。
ｎ_１：−Ａ−Ａ＝−０．５−０．５＝−１．０
ｎ_２：−Ｂ＋Ａ＝−１．２＋０．５＝−０．７
ｎ_３：＋Ｂ−Ｂ＝−１．２＋１．２＝０
ｎ_４：−Ａ＋Ｂ＝−０．５＋１．２＝０．７
これは図４に示した正弦波状の曲線上の値となる
また巻数は、例えば、Ａグループの単位コイル３１、３４、３５、３８の巻数を２０ターンとすると、Ｂグループの単位コイル３２、３３、３６、３７の巻数は
２０×（１．２／０．５）＝４８ターンとなる。
【０００８】
このように、単位コイル３１〜３８によって構成された励磁コイル３は、図３に示したように、回転子１に固有の位置を基準とした１回転が１周期となる正弦波に近似した高調波成分のない正弦波波形の磁界を発生することができ、それにともない、検出電圧も正弦波状となる。
すなわち、１極対の励磁コイルを持つものでは、円周方向に対して正弦波状に変化する磁束分布が得られないので、α相およびβ相の検出電圧は、
Ｖα’＝（ΣＫ_ｎｃｏｓｎθ）・ｓｉｎωｔ
Ｖβ’＝（ΣＫ_ｎｓｉｎｎθ）・ｓｉｎωｔ
で表されるように、高調波成分を含んでいるが、本発明では、
Ｖα＝Ｋｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ
Ｖβ＝Ｋｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ
で表されるように、高調波成分のない、正弦波の検出電圧が得られる。
したがって、検出コイル５ａ，５ｂによって検出される検出電圧Ｖα，Ｖβから、回転角θは、θ＝ｔａｎ^−１（Ｖα／Ｖβ）として、回転子１の１回転中の正確な絶対位置が検出される。
また、各単位コイル３１〜３８は、集中巻きで巻回すればよいので、自動巻線機による自動化が容易となりとともに、巻数の増減が容易であるため、検出精度を任意に設定することができる。
また、各単位コイル３１〜３８が集中巻きであるため、他の単位コイルに影響されることなくスロットに挿入できるので、各スロットに励磁コイルを挿入する作業が極めて簡単となる。さらに、毎極毎相のスロット数を増やして検出精度を高めるようにしても、作業工数が極端に増えることがない。
【０００９】
図５は本発明の第２の実施例の回転子を示す正断面図、図６は構成図、図７は励磁コイルとスロットの関係を示す説明図である。
上記第１の実施例では凸極部２１を８極にした例について説明したが、第２の実施例では凸極部２１を１２個にした場合を示している。
すなわち、回転子１の円周方向に等間隔に開口する１２個のスロット２（スロット番号ｎ_１〜ｎ_１２）を設けてあり、それぞれ隣り合うスロット２の間に挟まれた凸極部２１を１２極形成している。３は励磁コイルで、各凸極部２１に集中巻きで巻回した１２個の単位コイル３０１〜３１２から構成されている。４は回転子１に空隙を介して対向する固定子で、機械的に９０度位相がずれた検出コイル５ａ，５ｂを設けてある。６は回転トランスで、無接触で励磁コイル３に電圧を印加するようにしてある。７は検出コイルの出力から回転子１の回転角を演算する検出回路である。
【００１０】
一つのスロットの中に挿入されたコイルによって発生する磁束は、そのコイルに流れる電流の方向（＋，−）を付したコイル巻数の加算値に比例し、その加算値が磁束を発生させるために有効なコイル巻数となる。
そこで、単位コイル３０１〜３１２の巻き回数は、各スロット２の中に挿入されたコイルの巻数に、そのコイルに流れる電流の方向の符号（＋、−）を付し、スロットの中のコイルの巻数の加算値が円周方向に移動するに従って、正弦波状に変化するように巻回してある。
すなわち、図６に示すように、スロット番号ｎ_１〜ｎ_１２に挿入した単位コイル３０１〜３１２の磁束発生に有効な巻数が正弦波状に変化するように、１回転の回転角３６０度をスロット数１２で分割した３０度毎に区分して、スロット２の中の巻線数を加算する。
各単位コイル３０１〜３１２の巻数比の種類を、９０度を３０度毎に分割した数である３個のグループ（Ａグループ、ＢグループおよびＣグループ）に分ける。また、コイルの巻き方向を正方向（＋）と逆方向（−）に分ける。その上で、図７に示すように、
ｓｉｎ９０°＝２Ａ＝１、ｓｉｎ６０°＝−Ａ＋Ｂ≒０．９
ｓｉｎ３０°＝−Ｂ＋Ｃ＝０．５、ｓｉｎ０°＝−Ｃ＋Ｃ＝０
となるように、Ａ、Ｂ、Ｃの値を決定する。
したがって、Ａ＝０．５
Ｂ＝０．９＋０．５＝１．４
Ｃ＝０．５＋１．４＝１．９となり、
Ａ：Ｂ：Ｃ＝０．５：１．４：１．９の巻数比となる。
【００１１】
ここで、図１および図３に示すように、単位コイル３０１、３０６を逆方向のＡグループ、単位コイル３０７、３１２を正方向のＡグループ、単位コイル３０２、３０５を逆方向のＢグループ、３０８、３１１を正方向のＢグループ、単位コイル３０３、３０４を逆方向のＣグループ、単位コイル３０９、３１０を正方向のＣグループとする。
例えば、スロット番号ｎ_１〜ｎ_７について、コイルの巻き方向を考慮した巻数の加算から、磁束発生に有効な巻数比を求めると、次のような値となる。
ｎ_１：−Ａ−Ａ＝−０．５−０．５＝−１．０
ｎ_２：＋Ａ−Ｂ＝＋０．５−１．４＝−０．９
ｎ_３：＋Ｂ−Ｃ＝＋１．４−１．９＝０．５
ｎ_４：＋Ｃ−Ｃ＝＋１．９−１．９＝０
ｎ_５：−Ｂ＋Ｃ＝−１．４＋１．９＝０．５
ｎ_６：−Ａ＋Ｂ＝−０．５＋１．４＝０．９
ｎ_７：＋Ａ＋Ａ＝＋０．５＋０．５＝１．０
これは図４に示した正弦波状の曲線上の値となる
また巻数は、例えば、Ａグループの単位コイル３０１、３０６、３０７、３１２の巻数を２０ターンとすると、Ｂグループの単位コイル３０２、３０５、３０８、３１１の巻数は
２０×（１．４／０．５）＝５６ターンとなる。
同様に、Ｃグループの単位コイル３０３、３０４、３０９、３１０の巻数は
２０×（１．９／０．５）＝７６ターンとなる。
このように、単位コイル３０１〜３１２によって構成された励磁コイル３は、図７に示したように、回転子１に固有の位置を基準とした１回転が１周期となる正弦波に近似した高調波成分のない正弦波波形の磁界を発生することができ、それにともない、検出電圧も正弦波状となる。
【００１２】
図８は本発明の第３の実施例の回転子を示す正断面図、図９は構成図、図１０は励磁コイルとスロットの関係を示す説明図である。
第３の実施例は凸極部２１を１０個にした場合を示している。
１回転の回転角３６０度をスロット数１０で分割した３６度毎に区分して、スロット２の中の巻線数を加算する。各単位コイル３０１〜３１０の巻数比の種類を、３個のグループ（Ａグループ、ＢグループおよびＣグループ）に分ける。また、コイルの巻き方向を正方向（＋）と逆方向（−）に分ける。その上で、図１０に示すように、
ｓｉｎ９０°＝２Ａ＝１、ｓｉｎ（９０−３６） °＝−Ａ＋Ｂ≒０．８
ｓｉｎ（９０−３６−３６）°＝−Ｂ＋Ｃ＝０．３
となるように、Ａ、Ｂ、Ｃの値を決定する。
したがって、Ａ＝０．５
Ｂ＝０．８＋０．５＝１．３
Ｃ＝０．３＋１．３＝１．６となり、
Ａ：Ｂ：Ｃ＝０．５：１．３：１．６の巻数比となる。
【００１３】
例えば、スロット番号ｎ_１〜ｎ_６について、コイルの巻き方向を考慮した巻数の加算から、磁束発生に有効な巻数比を求めると、次のような値となる。
ｎ_１：−Ａ−Ａ＝−０．５−０．５＝−１．０
ｎ_２：＋Ａ−Ｂ＝＋０．５−１．３＝−０．８
ｎ_３：＋Ｂ−Ｃ＝＋１．３−１．６＝−０．３
ｎ_４：−Ｂ＋Ｃ＝−１．３＋１．６＝＋０．３
ｎ_５：−Ａ＋Ｂ＝−０．５＋１．３＝＋０．８
ｎ_６：＋Ａ＋Ａ＝＋０．５＋０．５＝＋１．０
これは図１０に示した正弦波状の曲線上の値となる．
また巻数は、例えば、Ａグループの単位コイル３０１、３０５、３０６、３１０）の巻数を２０ターンとすると、Ｂグループの単位コイル３０２、３０４、３０７、３０９）の巻数は
２０×（１．３／０．５）＝５２ターンとなる。
同様に、Ｃグループの単位コイル３０３、３０８の巻数は
２０×（１．６／０．５）＝６４ターンとなる。
このように、単位コイル３０１〜３１０によって構成された励磁コイル３は、図７に示したように、回転子１に固有の位置を基準とした１回転が１周期となる正弦波に近似した高調波成分のない正弦波波形の磁界を発生することができ、それにともない、検出電圧も正弦波状となる。
【００１４】
上記実施例からわかるように、本発明は、回転子１の表面に設ける凸極部２１の数は偶数とし、各凸極部２１の回りにはそれぞれ単位コイルを集中巻きの方法によって巻回して、凸極部２１の両側に形成されたスロット２に装着する。
それぞれの単位コイルの巻数は、一つのスロット２の中に装着された単位コイル３の巻き方向を考慮して加算した数、すなわちコイルの巻き方向の正方向を（＋）、逆方向を（−）としてコイル巻数を加算した、いわゆる磁束発生に有効な巻数数を、回転子１の円周方向に順次正弦波に近似した値に変化するように設定したものである。
したがって、凸極部２１の数は上記実施例で説明した８個、１０個、１２個の場合に限るものではなく、凸極部２１が２極対以上の多極対を形成するものであれば可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、回転子に複数対の凸極部を設け、各凸極部にそれぞれ巻回した単位コイルからなる励磁コイルを設け、単位コイルの巻数を、円周方向に移動するに従って磁束発生に有効な巻数が正弦波状に変化するように設定してあるので、回転子の１回転中の絶対位置が正確に検出できると共に、励磁コイルを回転子のスロットに挿入する作業が極めて簡単になり、安価で位置検出精度の高い電磁式回転検出器を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回転子の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す単位コイルの装着状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例のスロット位置と磁束発生に有効な巻数との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す回転子の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示す単位コイルの装着状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例のスロット位置と磁束発生に有効な巻数との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施例を示す回転子の説明図である。
【図９】本発明の第３の実施例を示す単位コイルの装着状態を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施例のスロット位置と磁束発生に有効な巻数との関係を示す説明図である。
【図１１】従来例を示す回転子の説明図である。
【図１２】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１：回転子、２：スロット、３：励磁コイル、３１〜３８、３０１〜３１２：単位コイル、４：固定子、５ａ，５ｂ：検出コイル、６：回転トランス、７：検出回路、ｎ_１〜ｎ_１２：スロット番号

Claims

円周方向に等間隔に複数対の凸極部と、前記凸極部の両側に開口する偶数のスロットの中に挿入した励磁コイルを有する回転子と、前記回転子に空隙を介して対向し、機械的に９０度位相がずれた位置に設けた二つの検出コイルを有する固定子とを備えた電磁式回転検出器において、
前記励磁コイルは、前記凸極部の回りに集中巻きに巻回した複数の単位コイルを円周方向に順次前記スロットに挿入し、前記各スロットにおける前記単位コイルの磁束発生に有効な巻数を円周方向に移動するに従って正弦波状に変化させたことを特徴とする電磁式回転検出器。
前記単位コイルの磁束発生に有効な巻数は、前記単位コイルの巻き方向の一方の符号を＋、他方の符号を−として各スロットの中の巻数を加算した値としたことを特徴とする請求項１記載の電磁式回転検出器。