JP3704972B2 - 可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、角度位置や回転速度の検出を行う可変リラクタンス型レゾルバに適用するロータの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、可変リラクタンス型レゾルバ装置としては、本出願人が先に出願した特開平4-169816号公報に開示された単極レゾルバ装置(以下、単に第1の従来例という。)がある。この第1の従来例は、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータ1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期となるように構成し、リラクタンス変化を検出することにより回転角度位置または回転速度を検出する単極レゾルバ装置において、ステータは、120°間隔で形成された3相の第1の磁極A+ ,B+ ,C+ と、それら各相に対してそれぞれ180°ずれた位置に形成された3相の第2の磁極A- ,B- ,C- と、第1および第2の磁極に個別に配設され各相ごとに互いに直列に接続された励磁巻線LA+,LB+,LC+,LA-,LB-,LC-と、を有し、各励磁巻線に流れる電流値を検出し、検出された電流値を回転角度位置検出信号として用いて回転角度位置または回転速度を検出するようになっている。
【0003】
このような構成であるため、回転角度位置検出信号に含まれる高調波成分を除去することができ、回転角度位置または回転速度を高精度に検出することができるようになっている。
【0004】
すなわち、各励磁巻線LA+〜LC-からのレゾルバ信号fA+,fB+,fC+およびfA-,fB-,fC-は、下式(1)〜(6)で表すことができる。
【0005】
これら各レゾルバ信号fA+〜fC+およびfA-〜fC-は、差動増幅回路に供給されて減算されるので、これら差動増幅回路の出力信号dA 〜dC は、下式(7)〜(9)で表すことができる。
【0006】
dA =fA+−fA-=2A1cosθ+2A3cos3 θ …(7)
dB =fB+−fB-=2A1cos(θ-120°) +2A3cos3 (θ-120°) …(8)
dC =fC+−fC-=2A1cos(θ+120°) +2A3cos3 (θ+120°) …(9)
上式(7)〜(8)から明らかなように、差動増幅回路からは、レゾルバ信号fA+〜fC+およびfA-〜fC-に含まれる高調波成分のうち、偶数次の高調波成分が除去された3相信号dA 〜dC が得られる。
【0007】
そして、これら3相信号dA 〜dC は、3/2相変換回路に供給されて下式(10),(11)で表される3次の高調波成分を除去した2相交流信号fc ,fs に変換される。なお、各式中、ωは、各励磁巻線に供給される単相交流の角周波数である。
【0008】
fc (θ)=3A1cosθ/2=sin ωt・cos θ …(10)
fs (θ)=3A1sinθ/2=sin ωt・sin θ …(11)
このようにして、3相の第1の磁極A+ ,B+ ,C+ と、それら各相に対してそれぞれ180°ずれた位置に形成された3相の第2の磁極A- ,B- ,C- と、第1および第2の磁極に個別に配設され各相ごとに互いに直列に接続された励磁巻線LA+〜LC-と、を設けることにより、各励磁巻線からのレゾルバ信号に含まれる高調波成分を除去、すなわち最終的に得られる回転角度位置検出信号に含まれる高調波成分を除去することができるのである。
【0009】
またこの他、従来の可変リラクタンス型レゾルバ装置としては、本出願人が先に出願した特開平5-122916号公報に開示された多極レゾルバ装置(以下、単に第2の従来例という。)がある。この第2の従来例は、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータ1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が多周期となるように構成し、リラクタンス変化を検出することにより回転角度位置または回転速度を検出する多極レゾルバ装置において、ステータは、等間隔で形成された3相の第1の磁極A11〜A16,B11〜B16,C11〜C16と、それら第1の磁極間の中央位置に形成された3相の第2の磁極A21〜A26,B21〜B26,C21〜C26と、第1および第2の磁極に個別に配設され各相ごとに互いに直列に接続された励磁巻線LA11 〜LA26 ,LB11 〜LB26 ,LC11 〜LC26 と、を有し、各励磁巻線に流れる電流値を検出し、検出された電流値を回転角度位置検出信号として用いて回転角度位置または回転速度を検出するようになっている。
【0010】
このような構成であるため、第1の従来例と同様、差動増幅回路および3/2相変換回路により、回転角度位置検出信号に含まれる高調波成分を除去することができ、回転角度位置または回転速度を高精度に検出することができるようになっている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第1および第2の従来例においては、回転角度位置検出信号に含まれる高調波成分を除去するのに、第1の磁極に対応した第2の磁極を設けているため、ステータに形成される相数の2倍の磁極が必要となる。したがって、巻線処理や配線処理が煩雑となるばかりか、余分な磁極を設けるためのスペースが必要となることから小型化が困難であるという問題があった。
【0012】
また、第1および第2の磁極からのレゾルバ信号を減算する必要があるため、3つの差動増幅回路を設ける必要があることに加え、第2の磁極について励磁巻線やケーブル信号線等の余分な配線が必要であることから、比較的コストがかかるという問題もあった。
【0013】
そこで、本発明は、このような従来の問題を解決することを課題としており、回転角度位置検出信号に含まれる高調波成分を低減するのに好適であって、配線処理等の簡略化を図るとともに、小型化が容易となり、しかもコストの面で有利な可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項1記載の可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータは、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータ1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期または多周期となるように構成し、前記リラクタンス変化を検出することにより回転角度位置または回転速度を検出する可変リラクタンス型レゾルバ装置に適用するロータであって、回転軸方向の微小長さ当たりの微小断面片であって回転角方向に所定角ずれた少なくとも2つの微小断面片を有し、前記各微小断面片は、それぞれの回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が、180°を前記ステータに形成される相数の整数倍で除した角度φずれるように、回転角方向にずれている。
【0015】
一般に、ロータリエンコーダとの比較測定によって得られる位置検出精度波形には、主として、ステータに形成される相数の整数倍の次数の高調波成分が含まれるという特徴がある。例えば、ステータに形成される相数が3つである場合、位置検出精度波形には、3次、6次、9次、…、3n次(nは整数)の高調波成分が含まれることになる。
【0016】
したがって、このような構成であれば、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータが回転させられると、可変リラクタンス型レゾルバ装置では、一方の微小断面片の回転によって生じたリラクタンス変化と、他方の微小断面片の回転によって生じたリラクタンス変化とが、ステータに形成された1つの磁極で加算され、加算されたリラクタンス変化に基づいて、位置検出精度波形が得られる。
【0017】
このように位置検出精度波形が得られるため、この位置検出精度波形は、一方の微小断面片を独立に回転させたときに得られる位置検出精度波形と、他方の微小断面片を独立に回転させたときに得られる位置検出精度波形と、を加算したものと等しくなる。このとき、各位置検出精度波形には、上記のように、ステータに形成される相数の整数倍の次数の高調波成分が含まれているが、他方の微小断面片による位置検出精度波形は、一方の微小断面片による位置検出精度波形に対して位相が所定角φずれている。この所定角φは、これら位置検出精度波形に含まれる高調波成分のうち少なくとも1つのものと位相がちょうどπずれる角度である。したがって、これら位置検出精度波形が加算される結果、一方の微小断面片による位置検出精度波形に含まれる高調波成分のうち少なくとも1つのものが、他方の微小断面片による位置検出精度波形に含まれる同次の高調波成分により減殺される。
【0018】
ここで、可変リラクタンス型レゾルバ装置は、単極構造であっても多極構造であってもよい。例えば、単極3相構造とする場合、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータは、各微小断面片が回転角方向に60°、30°、15°、…、60/n°(nは整数)のいずれかの角度ずれた構成となり、60°ずれている場合は、3次の高調波成分が減殺される。また、例えば、多極3相構造とする場合、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータは、ロータ歯が150個形成されているとすると、各微小断面片が回転角方向に24′、12′、6′、…、24/n′(nは整数)のいずれかの角度ずれた構成となり、24′ずれている場合は、3次の高調波成分が減殺される。
【0019】
また、本発明に係る請求項2記載の可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータは、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータ1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期または多周期となるように構成し、前記リラクタンス変化を検出することにより回転角度位置または回転速度を検出する可変リラクタンス型レゾルバ装置に適用するロータであって、前記リラクタンス変化が得られるように形成された複数のロータ片を有し、前記各ロータ片の回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が、180°を前記ステータに形成される相数の整数倍で除した角度φずれるように、前記各ロータ片を、回転角方向に所定角ずらしかつ各回転軸を一致させて積層した。
【0020】
このような構成であれば、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータが回転させられると、可変リラクタンス型レゾルバ装置では、一のロータ片の回転によって生じたリラクタンス変化と、他のロータ片の回転によって生じたリラクタンス変化とが、ステータに形成された1つの磁極で加算され、加算されたリラクタンス変化に基づいて、位置検出精度波形が得られる。
【0021】
このように位置検出精度波形が得られるため、この位置検出精度波形は、一のロータ片を独立に回転させたときに得られる位置検出精度波形と、他のロータ片を独立に回転させたときに得られる位置検出精度波形と、を加算したものと等しくなる。このとき、各位置検出精度波形には、上記のように、ステータに形成される相数の整数倍の次数の高調波成分が含まれているが、他のロータ片による位置検出精度波形は、一のロータ片による位置検出精度波形に対して位相が所定角φずれている。この所定角φは、これら位置検出精度波形に含まれる高調波成分のうち少なくとも1つのものと位相がちょうどπずれる角度である。したがって、これら位置検出精度波形が加算される結果、一のロータ片による位置検出精度波形に含まれる高調波成分のうち少なくとも1つのものが、他のロータ片による位置検出精度波形に含まれる同次の高調波成分により減殺される。
【0022】
ここで、可変リラクタンス型レゾルバ装置は、単極構造であっても多極構造であってもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを適用した単極レゾルバの構成を示す断面図であり、図2は、単極レゾルバの回路構成を示す回路図である。
【0024】
この第1の実施の形態は、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを、単極レゾルバ装置に適用したものである。なお、単極レゾルバ装置とは、図4に示すように、レゾルバ10を含む構成のものをいう。
【0025】
まず、単極レゾルバの構成を説明すると、レゾルバ10は、図1に示すように、単極3相可変リラクタンス型レゾルバであって、円筒状のステータ20と、このステータ20内に回転自在に配設されたロータ30と、で構成されており、ロータ30とステータ20との間のリラクタンスがロータ30の位置により変化し、ロータ30の1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期となるように構成されている。すなわち、ロータ30の内径中心O1 をステータ20の内径中心と一致させ、ロータ30の外形中心O2 をその内径中心O1 から一定の偏心量Aだけ偏心させるようにしてロータ30の肉厚を変化させてあり、これによってリラクタンスがロータ30の位置により変化するようになっている。
【0026】
ステータ20の内周面には、A相、B相およびC相の3相の磁極がそれぞれ120°間隔で形成されている。A相は、等間隔で形成された8つの磁極A1 〜A8 からなっており、同様にB相は、等間隔で形成された8つの磁極B1 〜B8 からなり、C相は、等間隔で形成された8つの磁極C1 〜C8 からなっている。結果として、ステータ20の内周面には、各磁極が、A1 〜A8 −B1 〜B8 −C1 〜C8 の順序で配列されている。
【0027】
各磁極A1 〜C8 には、それぞれ励磁巻線LA1〜LC8が巻き付けられており、各励磁巻線LA1〜LC8は、図2に示すように接続されている。すなわち、A相の励磁巻線LA1〜LA8がその順序でそれぞれ直列接続されているとともに、励磁巻線LA1が単相交流電源40に接続され、励磁巻線LA8が抵抗RA を介して接地されている。同様に、B,C相の励磁巻線LB1〜LB8,LC1〜LC8がその順序でそれぞれ直列接続されているとともに、励磁巻線LB1,LC1が単相交流電源40に接続され、励磁巻線LB8,LC8が抵抗RB ,RC を介して接地されている。
【0028】
そして、励磁巻線LA8,LB8,LC8と抵抗RA 〜RC との接続点には、各磁極A1 〜C8 とロータ30との間のリラクタンス変化に応じた、各励磁巻線LA1〜LC8の電流変化としてのレゾルバ信号fA (θ)〜fC (θ)を出力するための出力端子T1 〜T3 が設けられている。出力端子T1 〜T3 には、3相のレゾルバ信号fA (θ)〜fC (θ)を2相の信号fs (θ),fc (θ)に変換する相変換回路60が接続され、相変換回路60には、相変換回路60からの2相の信号fs (θ),fc (θ)を処理して回転角度位置検出信号を出力する信号処理回路70が接続されている。
【0029】
次に、ロータ30の構成を図面を参照しながら説明する。図3は、ロータ30の構成を示す斜視図である。
【0030】
ロータ30は、図3に示すように、上記リラクタンス変化が得られるように形成された12枚のロータ片RB1 〜RB12を有しており、各ロータ片RB1 〜RB12の回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が所定角φ(60/n(nは任意の整数))ずれるように、各ロータ片RB1 〜RB12を、回転角方向に所定角ずらしかつ内径中心O1 を一致させて積層してある。なお、ロータ30は、内周面側で、例えば図示しないメガトルクモータ(登録商標)等の回転子に接続されている。
【0031】
このように各ロータ片RB1 〜RB12を積層した状態では、2層目のロータ片RB2 は、1層目のロータ片RB1 に対して回転角方向に30°ずれており、3層目のロータ片RB3 は、1層目のロータ片RB1 に対して回転角方向に60°ずれている。同じ要領で、4〜12層目のロータ片RB4 〜RB12は、1層目のロータ片RB1 に対して回転角方向にそれぞれ30°、0°、30°、60°、30°、0°、30°、60°、30°ずれている。なお、各ロータ片RB1 〜RB12は、例えば、内径が126mm、外径が144mm、偏心量が2.5mmで、回転軸方向の厚さが0.5mmに構成されている。
【0032】
次に、信号処理回路70の構成を図面を参照しながら説明する。図4は、信号処理回路70の構成を示すブロック図である。
【0033】
信号処理回路70は、図4に示すように、相変換回路60からの2相の信号fs (θ),fc (θ)を被乗数として個別に入力しかつ後述するカウンタ90からのディジタル回転角度検出値ψを乗数として入力する乗算器80,82と、乗算器80,82からの乗算出力値を減算する減算器84と、減算器84からの出力を入力しかつ単相交流電源40からの交流電圧を同期信号として入力する同期整流器86と、同期整流器86からの出力電圧に応じた周波数のパルス信号を出力する電圧制御発振器88と、電圧制御発振器88からのパルス信号のパルス数をカウントするカウント90と、で構成されており、同期整流器86の出力電圧を速度信号として出力するとともに、カウンタ90から回転角度を示す位置検出精度波形としてのディジタル回転角度検出値ψを出力するようになっている。
【0034】
次に、上記第1の実施の形態の動作を図面を参照しながら説明する。図5は、ロータ30を適用した上記第1の実施の形態に係る単極3相レゾルバ装置と、従来のロータを適用した単極3相レゾルバ装置とについて、それぞれの全周精度をロータリーエンコーダを用いて比較測定したグラフである。
【0035】
まず、各励磁巻線LA1〜LC8に単相交流を供給するとともに、メガトルクモータ等を回転させることによりロータ30を回転させると、レゾルバ10では、各ロータ片RB1 〜RB12の回転によって生じたリラクタンス変化が、ステータ20に形成された1つの磁極で加算され、加算されたリラクタンス変化が、レゾルバ信号fA ,fB ,fC として出力端子T1 〜T3 から出力される。そして、これら各レゾルバ信号fA 〜fC が相変換回路60に供給されると、相変換回路60により、各レゾルバ信号fA 〜fC が2相交流信号fc (θ),fs (θ)に変換され、これら2相交流信号fc (θ),fs (θ)が信号処理回路70に供給される。
【0036】
信号処理回路70では、初期状態でカウンタ90が零クリアされており、これによってディジタル回転角度検出値ψが“0”にセットされる。このため、乗算器80の乗算出力値はsin ωt・sin θとなり、乗算器82の乗算出力値は“0”となるので、減算器13の減算出力値、すなわちVsin ωt・sin (θ−ψ)は、Vsin ωt・sin θとなる。そして、これが同期整流器86に供給されると、同期整流器86により、励磁電圧成分が除去され、除去されたVsin θが、速度検出信号として外部の処理回路等に出力されるとともに、電圧制御発振器88に供給される。電圧制御発振器88では、供給されたVsin θの電圧に応じた周波数のパルス信号が出力され、これがカウンタ90に供給される。これによって、カウンタ90のディジタル回転角度検出値ψは、位相角θと等しい値となって出力される。
【0037】
この状態でさらに、ロータ30を同一方向に回転させ続けると、減算器84の減算出力値が、位相角θのディジタル回転角度検出値ψに対する増加分だけ増加し、これに応じて同期整流器86の出力も位相角θの増加分だけ増加するため、カウンタ90のカウント値が位相角θの増加分だけカウントアップされる。したがって、カウンタ90では、ロータ30の回転に応じた現在のディジタル回転角度検出値ψが出力される。
【0038】
このようにディジタル回転角度検出値ψが得られるため、このディジタル回転角度検出値ψは、各ロータ片RB1 〜RB12をそれぞれ独立に回転させたときに得られるディジタル回転角度検出値を、それぞれ加算したものと等しくなる。このとき、各ディジタル回転角度検出値には、3相構造であることから3次、6次、…、3n次(nは整数)の高調波成分が含まれているが、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して機械角としてそれぞれ60°ずれているため、そのディジタル回転角度検出値は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるそれに対して位相がそれぞれ60°ずれる。この位相のずれは、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる高調波成分のうち3次のものと位相がちょうどπずれる角度である。したがって、これらディジタル回転角度検出値が加算される結果、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる3次の高調波成分が、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11によるディジタル回転角度検出値に含まれる3次の高調波成分により減殺される。
【0039】
また、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して機械角としてそれぞれ30°ずれているため、そのディジタル回転角度検出値は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるそれに対して位相がそれぞれ30°ずれる。この位相のずれは、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる高調波成分のうち6次のものと位相がちょうどπずれる角度である。したがって、これらディジタル回転角度検出値が加算される結果、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる6次の高調波成分が、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12によるディジタル回転角度検出値に含まれる6次の高調波成分により減殺される。
【0040】
なお、このように出力されたディジタル回転角度検出値ψをロータリーエンコーダを用いて比較測定すると、その全周精度は、上記第1の従来例である単極6相レゾルバ装置および同相積層した従来のロータを適用した単極3相レゾルバ装置に比して、図5(a)に示すようになる。図5(a)は、ロータ30を適用した上記第1の実施の形態に係る単極3相レゾルバ装置の全周精度を示すグラフであり、図5(b)は、上記第1の従来例である単極6相レゾルバ装置の全周精度を示すグラフである。また、図6は、従来のロータを適用した単極3相レゾルバ装置の全周精度を示すグラフである。
【0041】
図中、上記第1の従来例である単極6相レゾルバ装置は、図5(b)に示すように、その全周精度が2191.78秒であるのに対し、上記第1の実施の形態に係る単極3相レゾルバ装置は、図5(a)に示すように、その全周精度が1850.44秒となって、ほぼ同じくらいであることが判る。また、従来のロータを適用した単極3相レゾルバ装置は、図6に示すように、その全周精度が84840.38秒であるのに対し、上記第1の実施の形態に係る単極3相レゾルバ装置は、ほぼ46倍に向上していることが判る。
【0042】
したがって、本発明に係るロータ30を適用すれば、3相構造であっても、上記第1の従来例である単極6相レゾルバ装置に近い全周精度を得ることができる。
【0043】
このようにして、リラクタンス変化が得られるように形成された複数のロータ片RB1 〜RB12を有し、各ロータ片RB1 〜RB12の回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が所定角φ(60/n(nは任意の整数))ずれるように、各ロータ片RB1 〜RB12を、回転角方向に所定角ずらしかつ内径中心O1 を一致させて積層したから、位置検出精度波形に含まれる3次、6次の高調波成分が減殺されるので、上記第1の従来例に比して、高調波成分を除去するのにステータ20に相数の2倍の磁極を設ける必要がなく、これに伴い差動増幅回路も設ける必要がなくなる。したがって、配線処理等を比較的簡略化することができるとともに、小型化が容易となり、しかもコストを比較的削減することができる。
【0044】
特に、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に30°ずらし、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に60°ずらして積層したから、3相構造において、位置検出精度波形に含まれる3次、6次の高調波成分を好適に低減することができる。
【0045】
次に、本発明の第2の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図7は、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを適用した多極レゾルバの構成を示す断面図である。なお、上記第1の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0046】
この第2の実施の形態は、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを、多極レゾルバ装置に適用したものである。
【0047】
まず、多極レゾルバの構成を説明すると、レゾルバ10は、図7に示すように、多極3相可変リラクタンス型レゾルバであって、円筒状のステータ22と、このステータ22内に回転自在に配設されたロータ32と、で構成されており、ロータ32とステータ22との間のリラクタンスがロータ32の位置により変化し、ロータ32の1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が多周期(例えば、150周期)となるように構成されている。このとき、ロータ32の内径および外径中心O3 は、ステータ22の内径中心と一致している。
【0048】
ステータ22の内周面には、A相、B相およびC相の3相の磁極がそれぞれ等間隔で交互に形成されている。A相、B相およびC相は、等間隔で形成された8つの磁極A1 〜A8 ,B1 〜B8 ,C1 〜C8 からなっている。結果として、ステータ22の内周面には、各磁極が、A1 −B1 −C1 −〜−A8 −B8 −C8 の順序で配列されている。そして、各磁極A1 〜C8 には、内周面側の端面に6つの歯TS1〜TS6が形成されているとともに、それぞれ励磁巻線LA1〜LC8が巻き付けられており、各励磁巻線LA1〜LC8は、上記第1の実施の形態と同様に図2に示すように接続されている。
【0049】
次に、ロータ32の構成を図面を参照しながら説明する。図8は、ロータ32の構成を示す斜視図であり、図9は、図8におけるA部の拡大図である。
【0050】
ロータ32は、図8に示すように、外周面に等間隔で150歯のスロット歯TR が形成された12枚のロータ片RB1 〜RB12を有しており、各ロータ片RB1 〜RB12の回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が所定角φ(60/n(nは任意の整数))ずれるように、各ロータ片RB1 〜RB12を、回転角方向に所定角ずらしかつ内径中心O3 を一致させて積層してある。ここで、各ロータ片RB1 〜RB12のスロット歯TR は、例えばあるスロット歯TR がステータ22の磁極A1 の歯TS1と一致しているものとすると、磁極A1 に隣接する磁極B1 の歯TS1が、ロータ32のスロット歯TR に対して1/36ピッチ分機械的位相ずれを生じるようなピッチで形成されている。
【0051】
このように各ロータ片RB1 〜RB12を積層した状態では、図9に示すように、2層目のロータ片RB2 は、1層目のロータ片RB1 に対して回転角方向に12′ずれており、3層目のロータ片RB3 は、1層目のロータ片RB1 に対して回転角方向に24′ずれている。同じ要領で、4〜12層目のロータ片RB4 〜RB12は、1層目のロータ片RB1 に対して回転角方向にそれぞれ12′、0′、12′、24′、12′、0′、12′、24′、12′ずれている。
【0052】
次に、上記第2の実施の形態の動作を説明する。
【0053】
まず、各励磁巻線LA1〜LC8に単相交流を供給するとともに、メガトルクモータ等を回転させることによりロータ32を回転させると、レゾルバ10では、各ロータ片RB1 〜RB12の回転によって生じたリラクタンス変化が、ステータ22に形成された1つの磁極で加算され、加算されたリラクタンス変化が、レゾルバ信号fA ,fB ,fC として出力端子T1 〜T3 から出力される。そして、これら各レゾルバ信号fA 〜fC が相変換回路60に供給されると、相変換回路60により、各レゾルバ信号fA 〜fC が2相交流信号fc (θ),fs (θ)に変換され、これら2相交流信号fc (θ),fs (θ)が信号処理回路70に供給される。
【0054】
信号処理回路70では、上記第1の実施の形態と同様に、2相交流信号fc (θ),fs (θ)が処理されて、ロータ32の回転に応じた現在のディジタル回転角度検出値ψが出力される。
【0055】
このようにディジタル回転角度検出値ψが得られるため、このディジタル回転角度検出値ψは、各ロータ片RB1 〜RB12をそれぞれ独立に回転させたときに得られるディジタル回転角度検出値を、それぞれ加算したものと等しくなる。このとき、各ディジタル回転角度検出値には、3相構造であることから3次、6次、…、3n次(nは整数)の高調波成分が含まれているが、例えば、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して機械角としてそれぞれ24′ずれているため、そのディジタル回転角度検出値は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるそれに対して位相がそれぞれ60°ずれる。この位相のずれは、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる高調波成分のうち3次のものと位相がちょうどπずれる角度である。したがって、これらディジタル回転角度検出値が加算される結果、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる3次の高調波成分が、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11によるディジタル回転角度検出値に含まれる3次の高調波成分により減殺される。
【0056】
また、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して機械角としてそれぞれ12′ずれているため、そのディジタル回転角度検出値は、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるそれに対して位相がそれぞれ30°ずれる。この位相のずれは、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる高調波成分のうち6次のものと位相がちょうどπずれる角度である。したがって、これらディジタル回転角度検出値が加算される結果、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 によるディジタル回転角度検出値に含まれる6次の高調波成分が、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12によるディジタル回転角度検出値に含まれる6次の高調波成分により減殺される。
【0057】
このようにして、外周面に等間隔で所定歯数(150歯)のスロット歯TR が形成された複数のロータ片RB1 〜RB12を有し、各ロータ片RB1 〜RB12の回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が所定角φ(60/n(nは任意の整数))ずれるように、各ロータ片RB1 〜RB12を、回転角方向に所定角ずらしかつ内径中心O1 を一致させて積層したから、位置検出精度波形に含まれる3次、6次の高調波成分が減殺されるので、上記第2の従来例に比して、高調波成分を除去するのにステータ20に相数の2倍の磁極を設ける必要がなく、これに伴い差動増幅回路も設ける必要がなくなる。したがって、配線処理等を比較的簡略化することができるとともに、小型化が容易となり、しかもコストを比較的削減することができる。
【0058】
特に、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に12′ずらし、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に24′ずらして積層したから、3相構造において、位置検出精度波形に含まれる3次、6次の高調波成分を好適に低減することができる。
【0059】
なお、上記第1の実施の形態においては、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に30°ずらし、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に60°ずらして積層することにより、ロータ30を構成したが、これに限らず、各ロータ片RB1 〜RB12を、図10(a)に示すようなパターンで積層することにより、ロータ30を構成してもよい。
【0060】
同様に、上記第2の実施の形態においては、ロータ片RB2 ,RB4 ,RB6 ,RB8 ,RB10,RB12を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に12′ずらし、ロータ片RB3 ,RB7 ,RB11を、ロータ片RB1 ,RB5 ,RB9 に対して回転角方向に24′ずらして積層することにより、ロータ32を構成したが、これに限らず、各ロータ片RB1 〜RB12を、図10(b)に示すようなパターンで積層することにより、ロータ32を構成してもよい。
【0061】
また、上記第1および第2の実施の形態においては、レゾルバ10を3相構造としたが、これに限らず、より多相の構造としてもよい。例えば、単極レゾルバ装置において、4相構造とする場合は、各ロータ片RB1 〜RB12を、ロータ片RB1 に対して回転方向にそれぞれ0°、22.5°、45°、22.5°、0°、22.5°、45°、22.5°、0°、22.5°、45°、22.5°ずらして積層すればよい。
【0062】
さらに、上記第1の実施の形態においては、レゾルバ10を、単極3相構造としたが、これに限らず、単極6相構造としてもよい。このような構成であれば、上記第1の従来例に比して、位置検出精度波形に含まれる高調波成分を低減することができるので、回転角度位置または回転速度を比較的高精度に検出することができる。
【0063】
同様に、上記第2の実施の形態においては、レゾルバ10を、多極3相構造としたが、これに限らず、多極6相構造としてもよい。このような構成であれば、上記第2の従来例に比して、位置検出精度波形に含まれる高調波成分を低減することができるので、回転角度位置または回転速度を比較的高精度に検出することができる。
【0064】
さらに、上記第1および第2の実施の形態においては、ロータ30およびロータ32を、ロータ片RB1 〜RB12を12枚積層して構成したが、これに限らず、これ未満またはこれよりも多数枚のロータ片を積層して構成してもよい。
【0065】
さらに、上記第1および第2の実施の形態においては、信号処理回路70を、電子回路等で構成したが、これに限らず、マイクロコンピュータで構成してもよい。
【0066】
さらに、上記第1および第2の実施の形態においては、ロータ30およびロータ32が、複数枚のロータ片RB1 〜RB12を積層した構造となっているが、これに限らず、ロータ30およびロータ32を、複数枚のロータ片RB1 〜RB12を上記のように積層したときの形状となる一体化の構造としてもよく、または一体化の構造であっても、回転軸方向に微小長さごとに所定角度ずつずらした構造としてもよい。すなわち、いずれの場合も、ロータ30およびロータ32は、回転軸方向の微小長さ当たりの微小断面片であって回転角方向に所定角ずれた少なくとも2つの微小断面片を有し、各微小断面片は、それぞれの回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が所定角φ(180°/ステータに形成される相数の整数倍)ずれるように、回転角方向にずれている。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータによれば、精度をさほど低下させることなく、従来の単極6相レゾルバ装置を3相構造に置き換えることができるので、従来に比して、配線処理等を比較的簡略化することができるとともに、小型化が容易となり、しかもコストを比較的削減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを適用した単極レゾルバの構成を示す断面図である。
【図2】本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを適用した単極レゾルバの回路構成を示す回路図である。
【図3】本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータの第1の実施の形態を示す構成図である。
【図4】信号処理回路70の構成を示すブロック図である。
【図5】全周精度をロータリーエンコーダを用いて比較測定したグラフである。
【図6】全周精度をロータリーエンコーダを用いて比較測定したグラフである。
【図7】本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータを適用した多極レゾルバの構成を示す断面図である。
【図8】本発明に係る可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータの第2の実施の形態を示す構成図である。
【図9】図8におけるA部の拡大図である。
【図10】ロータを積層する他のパターンを示す表である。
【符号の説明】
10 レゾルバ
20,22 ステータ
30,32 ロータ
A1 〜C8 磁極
LA1〜LC8 励磁巻線
RA 〜RC 抵抗
T1 〜T3 出力端子
TS1〜TS6 歯
TR スロット歯
RB1 〜RB12 ロータ片
40 単相交流電源
60 相変換回路
70 信号処理回路
80,82 乗算器
84 減算器
86 同期整流器
88 電圧制御発振器
90 カウンタ
Claims (2)
- ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータ1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期又は多周期となるように構成し、前記リラクタンス変化を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可変リラクタンス型レゾルバ装置に適用するロータであって、
回転軸方向の微小長さ当たりの微小断面片であって回転角方向に所定角ずれた少なくとも2つの微小断面片を有し、
前記各微小断面片は、それぞれの回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が、180°を前記ステータに形成される相数の整数倍で除した角度φずれるように、回転角方向にずれていることを特徴とする可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータ。 - ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータ1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期又は多周期となるように構成し、前記リラクタンス変化を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可変リラクタンス型レゾルバ装置に適用するロータであって、
前記リラクタンス変化が得られるように形成された複数のロータ片を有し、前記各ロータ片の回転によって生ずる位置検出精度誤差の位相が、180°を前記ステータに形成される相数の整数倍で除した角度φずれるように、前記各ロータ片を、回転角方向に所定角ずらし且つ各回転軸を一致させて積層したことを特徴とする可変リラクタンス型レゾルバ装置用のロータ。
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