JP3717600B2 - 無スリップリング形リゾルバ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子と回転子とを具備し、前記固定子及び前記回転子に、少なくとも2つの固定子卷線と少なくとも1つの回転子卷線とを有するリゾルバ部分と、リゾルバ部に対して軸方向にずらして、変圧器固定子卷線と変圧器回転子卷線とを有する変圧器部分とが配置され、前記回転子は付加的な短絡卷線を備える無スリップリング形リゾルバに関する。
【0002】
【従来の技術】
無スリップリング形リゾルバは誘導素子であり、この誘導素子は2つの変圧器装置から成る、すなわち実際のリゾルバ部分と変圧器部分とから成る。リゾルバ部分の中で、角度関数としての出力電圧を測定することにより、固定子と回転子との間の機械的回転角の正弦及び余弦が求められる。変圧器部分は、入力電圧を回転子に無接触で伝達するために用いられる。変圧器の原理に起因してリゾルバは交流により作動されなければならない。変圧器の変圧特性は、励磁電圧の周波数に依存する。
【0003】
ある特定の周波数領域内の変圧比はほぼ一定であるが、出力電圧と入力電圧との間の位相は、周波数に依存して非常に強くずれる。位相ずれの周波数特性は、低い周波数から高い周波数に向かってかなり単調に低下する経過を有し、この経過は、通常の動作領域の上部において零点通過を有する。リゾルバ信号を評価する場合、これらの信号を整流し、整流の際に、励磁信号に対するリゾルバ信号の位相を考慮しなければならないので(同相は正の値に相当し、逆相は負の値に相当する)、電子評価装置は通常、僅かな付加的な位相ずれしか許容できない。とりわけ、リゾルバが低い周波数で作動される場合、位相ずれが問題となる。
【0004】
今までこの位相ずれの問題は、励磁電圧からRC素子により、電子評価装置のための位相補正された基準信号が形成されることにより解決された。前もって与えられている電子評価装置を有するある特定の用途でリゾルバを、別の位相シフト装置を有するリゾルバに交換することは、このような場合においては、電子評価装置の位相補正素子を変更しなければならないことを意味する。
【0005】
ヨーロッパ特許出願公開第0593351号公報から公知のリゾルバ装置では、ディスク又はリングの形の短絡卷線が固定子又は回転子に取付けられ、この取付け位置は、空間的にリゾルバ部分と変圧器部分との間の領域内にあり、これにより変圧器部分の漏れ磁束をリゾルバ部分から遮蔽する。しかしこの手段は、入力電圧と出力電圧との間の位相ずれには何等の影響も与えない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な手段によりリゾルバ自身の中で位相ずれの補償を可能にすることにあり、この手段は大きいコストをかけずに、リゾルバを製造する際に既に実現でき、この手段により、電子評価装置の中での外部の位相補正が不要となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、短絡卷線を、ワイヤ卷線として変圧器回転子卷線に対して並列に変圧器回転子卷線の鉄心上に設け、短絡卷線の巻数とワイヤ直径とを、短絡卷線により形成される低域フィルタが動作周波数においてリゾルバの位相ずれを少なくとも部分的に補償するように選定することにより解決される。
【0008】
インピーダンスL及び抵抗Rを有する本発明により設けられている短絡卷線の電力消費は、リゾルバの伝送関数に対して、一次低域フィルタの作用を有する。遮断周波数と、ひいては位相ずれに対するこの低域フィルタの作用とは、巻数を変化する(L及びRの変化)ことにより、又はワイヤ横断面積を変化する(Rの変化)ことにより変化させることができ、これにより最適な効果を得ることができる。
【0009】
しかし低域フィルタ特性により変圧比も低減される。しかしこれは、巻数比を変化することにより補償でき、しかも、この補償により位相ずれはほとんど影響されない。しかし変圧比の周波数特性は、ほぼ一定の経過を有する領域を失う。従って、位相補正されたリゾルバは、制限された周波数領域にしか適しない。
【0010】
本発明の短絡卷線は例えば、変圧器回転子卷線と同一の太さのワイヤにより形成できる。しかし、所望の位相ずれに相応して別の太さのワイヤを使用することもできる。短絡卷線の巻数はいかなる場合でも1より大きいが、しかし変圧器回転子卷線の巻数より大幅に小さい。通常の構造のリゾルバの場合、巻数は、変圧器回転子卷線の約5〜10%である。
【0011】
【実施の形態】
次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。
【0012】
図1の回路図に示されているリゾルバは、2つの互いに90゜ずれて配置されている固定子卷線11及び12と、これらに対して軸方向でずれて配置されている変圧器固定子卷線13とを有する固定子1を有する。固定子1の中に同軸で回転可能に配置されている回転子2は、リゾルバ回転子卷線21と変圧器回転子卷線22とを有する。固定子卷線11及び12と回転子卷線21とは、リゾルバのリゾルバ部分3を形成し、これらに軸方向でずれて配置されている卷線、すなわち変圧器固定子卷線13と変圧器回転子卷線22とは、変圧器部分4を形成する。
【0013】
前述の構成は、リゾルバの周知の原理に相当する。変圧器固定子卷線13に入力電圧U0が印加される。所属の変圧器回転子卷線22を介してこの電圧はリゾルバ回転子卷線21に印加され、これにより、リゾルバ固定子卷線11及び12の中に相応する出力電圧が誘起される。固定子卷線11から出力電圧Usinが取出され、固定子卷線12から出力電圧Ucosが取出される。これらの出力電圧は、回転子卷線21の角度位置αに依存し、この依存性は次式により表される。
【0014】
Usin=t・U0・sinα
Ucos=t・U0・cosα
ただし係数tは、変圧器の変圧比すなわちリゾルバの伝達比を表す。この変圧比は、出力電圧の最大値対入力電圧の最大値の比である。従って出力電圧測定値Usin及びUcosから回転子の回転角αを導出できる。
【0015】
出力電圧と入力電圧との間の動作周波数に依存する位相ずれを補償するために、変圧器部分4の中の回転子の回りに付加的にかつ変圧器回転子卷線22に並列に、小さい卷線数を有する短絡卷線23が取付けられる。この短絡卷線23はインピーダンスL及び抵抗Rを有し、これにより短絡卷線23は低域フィルタとして動作し、この低域フィルタは、卷線数及びワイヤ横断面積を適切に定めることによって、望ましくない位相ずれを補償する。
【0016】
図2には図1のリゾルバの構成が概略的に断面図で示されている。ハウジング10の中に回転子軸20が、図示されていない方法で支承されている。本例では回転子軸20は中空軸であり、この中空軸を例えば機械軸にはめ込み、このようにしてこの機械軸の回転角を測定する。ハウジング10は、ハウジング10の中に設けられている卷線11,12及び13と共働して固定子1を形成し、回転子軸20は卷線21,22及び23と共働して回転子2を形成する。これらの卷線は前述のように軸方向でずれて配置され、リゾルバ部分3から固定子卷線11と、成層鉄心14の中の見えない卷線12とは90゜ずらして配置されている。鉄心14及び24は互いに対向して位置し、鉄心14及び24は空隙5を形成している。リゾルバ部分3に対して軸方向にずれて変圧器部分4が配置されている。変圧器部分4も鉄心15を有し、鉄心15は例えば2つの部分から成り、鉄心15は固定子の回りに取付けられており、この固定子の中には変圧器固定子卷線13が配置されている。回転子4の変圧器部分は鉄心25を備え、鉄心25の回りには変圧器回転子卷線22が取付けられている。付加的にこの鉄心25は、短絡卷線23を備え、本例では短絡卷線23は回転子卷線22の下方に位置する。鉄心15及び25も空隙6を形成している。ハウジング10と回転子軸20とは例えば非磁性金属例えばステンレス鋼から成る。ハウジング10を貫通して端子導線、すなわち導線対16が案内されており、導線対16は、入力電圧U0を供給し、同様にハウジング10を貫通して2つの導線対17及び18も導入されており、導線対17及び18は、固定子卷線11及び12から出力電圧を取出すのに用いられる。内部で変圧器部分の二次電圧が導線26を介して変圧器回転子卷線22からリゾルバ回転子卷線21へ供給されている。
【0017】
図3にはリゾルバの位相ずれの典型的な経過が示されている。破線Ph1は、短絡卷線が無い場合の位相ずれの経過を示す。この位相ずれは約5kHzの周波数において零点通過を有することが分かる。すなわちこの周波数において実際の上で位相ずれが無く、より低い周波数へ向かうにつれて正の位相ずれが発生し、より高い周波数へ向かうにつれてより大きい負の位相ずれが発生する。本発明において設けられており低域フィルタ作用を有する短絡卷線によりこの曲線はずらされ、これにより、短絡卷線を本発明によりある特定の寸法に定めると、実線曲線Ph2により示されている経過が得られる。この曲線は約2kHzにおいて零点通過を有する。すなわちリゾルバの動作周波数は約2kHzである場合、前述の短絡卷線により、元々存在する約15゜の位相ずれは、約0゜にされる、すなわち補償される。
【0018】
図4は変圧比の周波数特性を示す。破線t1は、短絡卷線が無い場合の変圧比を示す。この場合、変圧比の周波数特性は、ある特定の周波数領域内すなわち約1kHzより大きい周波数の領域内ではほぼ一定の値すなわち特定の変圧比をとる。この周波数領域は、リゾルバの通常の動作領域である。しかし、本発明において設けられている短絡卷線の低域フィルタ特性により変圧比は低減されている。すなわち本発明では実線曲線t2となり、曲線t2は、非常に狭い領域内でのみ最大変圧比をとる。従ってリゾルバが、補償する短絡卷線により作動される周波数領域は、比較的狭い。しかしこれは何等の欠点も有しない、何故ならばリゾルバは元々、ある1つの特定の周波数に対して位相ずれを補償されたからである。
【0019】
次に実際の上での諸元の決定のいくつかの例を挙げる。
【0020】
例1: 3.3kHzの動作周波数と200回の巻数の変圧器回転子卷線とを有する大きさ21の6極中空軸リゾルバは、異なる短絡卷線を設けられ、異なる位相ずれPhと異なる変圧比tとが得られる。
【0021】
表1
巻数 ワイヤ横断面 位相ずれ 変圧比t
短絡卷線無し −−− +31゜ −−−
6 0.0254mm2 +21゜ −10%
6 0.0508mm2 +14゜ −21%
12 0.0254mm2 +10゜ −24%
12 0.0508mm2 −2゜ −43%
表1から分かるように、0.0254mm2のワイヤ横断面で巻数12の場合の位相ずれは、補償されて10゜になり、0.0508mm2のワイヤ横断面で巻数12の場合の位相ずれは、補償されて−2゜になる。次いで、変化した変圧比tは付加的に、残りの巻数を変化させて補償できる。
【0022】
例2: 巻数180で動作周波数3.4kHzの変圧器回転子卷線を有する大きさ15の2極中空軸リゾルバが、短絡卷線を設けられ、変圧比は、変圧器回転子卷線を調整することにより一定に保持できる。この場合、次の値が得られる。
【0023】
表2
巻数 ワイヤ直径 位相ずれ
短絡卷線無し −−− +26゜
18 0.125mm +5゜
0.125mmのワイヤ直径で巻数18の短絡卷線(これは回転子卷線に相当する)場合、位相ずれは低減されて+5゜となり、これは大部分の用途には充分である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の短絡卷線を有するリゾルバの回路図である。
【図2】本発明のリゾルバの機械的構造を概略的に示す断面図である。
【図3】短絡卷線が無いリゾルバ及び短絡卷線を有するリゾルバの周波数に依存する位相ずれの典型的な経過を示す線図である。
【図4】動作周波数に依存するこのようなリゾルバの変圧比の経過を示す線図である。
【符号の説明】
1 固定子
2 回転子
3 リゾルバ部分
4 変圧器部分
5 空隙
6 空隙
10 ハウジング
11,12 固定子卷線
13 変圧器固定子卷線
15 鉄心
16 導線対
17,18 導線対
21 回転子卷線
22 変圧器回転子卷線
25 鉄心
26 導線
U0 入力電圧
Ucos 出力電圧
Usin 出力電圧
α 回転子の角度位置
Claims (5)
- 固定子(1)と回転子(2)とを具備し、前記固定子(1)及び前記回転子(2)に、少なくとも2つの固定子卷線(11,12)と少なくとも1つの回転子卷線(21)とを有するリゾルバ部分(3)と、リゾルバ部に対して軸方向にずらして、変圧器固定子卷線(13)と変圧器回転子卷線(22)とを有する変圧器部分(4)とが配置され、前記回転子(2)は付加的な短絡卷線(23)を備える無スリップリング形リゾルバにおいて、
前記短絡卷線(23)を、ワイヤ卷線として変圧器回転子卷線に対して並列に前記変圧器回転子卷線の鉄心(25)上に設け、前記短絡卷線(23)の巻数とワイヤ直径とを、前記短絡卷線(23)により形成される低域フィルタが動作周波数においてリゾルバの位相ずれを少なくとも部分的に補償するように選定することを特徴とする無スリップリング形リゾルバ。 - 短絡卷線(23)の巻数が1より大きく、変圧器回転子卷線の巻数の1/4より小さいことを特徴とする請求項1に記載の無スリップリング形リゾルバ。
- 短絡卷線(23)の直径及び巻数を、位相ずれが補償されて位相ずれの残りが0〜10゜であるように選定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無スリップリング形リゾルバ。
- 短絡卷線(23)のために、変圧器回転子卷線のために使用する太さのワイヤと同一の太さのワイヤを使用することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1つの請求項に記載の無スリップリング形リゾルバ。
- 変圧比(t)を、変圧器部分の巻数を調整することにより一定に保持することを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1つの請求項に記載の無スリップリング形リゾルバ。
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