JP3877594B2

JP3877594B2 - リラクタンス型レゾルバ

Info

Publication number: JP3877594B2
Application number: JP2002005028A
Authority: JP
Inventors: 憲之福井
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: JP2003207370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータの回転位置を、ステータの極歯に巻装した巻線のインダクタンス変化を検出することで出力するリラクタンス型レゾルバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械や産業用ロボットなどに用いられるモータは、モータの回転位置を正確に把握する必要があり、モータには位置を検出するレゾルバが設けられている。近年、それらのモータ及びそのモータに搭載されるレゾルバは、省スペース化の要求とともに、高精度化及び高分解能化の要求が強くなってきている。
【０００３】
図３は、従来のリラクタンス型レゾルバの構造の一例の断面図である。六角断面を有するロータ３０１は、回転軸３０２と一体となって回転する。ステータ３０３の極歯３０４ａ〜ｈの周囲にはボビン３０５ａ〜ｈが設けられ、そのボビン３０５ａ〜ｈには巻線３０６ａ〜ｈが同じ巻回方向に巻装されている。巻線３０６ａ〜ｈがボビン３０５ａ〜ｈから外れることのないように、ボビン３０５ａ〜ｈには極歯３０４ａ〜ｈの歯先方向の端に端部フランジ（つば）が設けられ、また極歯３０４ａ〜ｈの基部方向の端には基部フランジが設けられている。
【０００４】
図３に示すリラクタンス型レゾルバの巻線３０６ａ〜ｈには、図４に示す回路の励磁電源２０から励磁信号が与えられ、その励磁信号により、極歯３０４ａ、３０４ｅは余弦正相、極歯３０４ｂ、３０４ｆは正弦正相、極歯３０４ｃ、３０４ｇは余弦負相、極歯３０４ｄ、３０４ｈは正弦負相の位相の信号を出力する。極歯３０４ａ〜ｈのうち正相を出力する極歯３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｅ、３０４ｆに巻回された巻線の信号と、負相を出力する極歯３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｇ、３０４ｈに巻回された巻線の信号は、差動増幅器２５，２６に入力され、正弦波信号の正相から負相が減算され、また、同様に、余弦波信号の正相から負相が減算される。このように処理することにより、信号振幅を大きくすることができる。また、異なる位置に配置された極歯に巻回された同相の信号を出力する巻線を直列に接続すると、ロータ３０１の真円誤差や、回転振れ等の誤差成分をキャンセルする効果を奏する。以上に説明したように、ステータ３０３の極歯の数を多くすれば、検出する信号の振幅を大きくでき、また、誤差成分をキャンセルできるので、極歯はできる限り多くすることが望ましい。
【０００５】
また、別の従来技術として、特願２０００−２０８９４８に示されるリラクタンス型レゾルバがある。図５は上記文献のリラクタンス型レゾルバのステータの極歯部分を示す斜視図である。極歯４０２ａと極歯４０２ｂは一組の対となる極歯であり、極歯はそれぞれボビン４０３ａ，４０３ｂに囲まれている。図３の従来例と同様に、巻線がボビン４０３ａ，４０３ｂから外れることのないように、ボビン４０３ａ、４０３ｂには極歯４０２ａ、４０２ｂの歯先方向の端に端部フランジ（つば）が設けられ、また極歯４０２ａ、４０２ｂの基部方向の端には基部フランジが設けられている。巻線（不図示）は一方の極歯４０２ａを囲むボビン４０３ａには右巻きに巻回され、他方の極歯４０２ｂを囲むボビン４０３ｂには左巻きに巻回される。即ち、巻線は対となる極歯４０２ａ，４０２ｂに、逆巻きに巻回される。このように巻線が巻回されるので、極歯４０２ａ,４０２ｂにはそれぞれロータ方向、ロータ方向と反対方向に磁束が形成され、磁束は図示しないロータとのエアギャップを通りロータ内部を通過して接続し、閉じた磁気回路を形成する。これにより、漏れ磁束が減り、ロータ回転時の巻線のインダクタンス変化を大きく検出することができる。また、リラクタンス型レゾルバがモータ等の磁束を発生する機器に取り付けられている場合に、それらの機器からの磁束である外来磁気ノイズに対して影響を受けずらくする効果を奏する。これらの効果は対となる極歯４０２ａ、４０２ｂどうしの距離が近いほど顕著であるため、対となる極歯４０２ａ、４０２ｂは近いほど好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、対となる極歯４０２ａ、４０２ｂを近づけようとした場合であっても、ボビン４０３ａ、４０３ｂの端部フランジがあるため、近づけることができる極歯間の距離には制約があった。
【０００７】
したがって、上述した従来のリラクタンス型レゾルバにあっては、対となる極歯４０２ａ、４０２ｂを近づけて、ステータの極歯の数を維持しつつリラクタンス型レゾルバの直径を小さくしたり、或いは、リラクタンス型レゾルバの大きさは変えずにステータの極歯の数を増やして、誤差成分をキャンセルしたり、極歯間の漏れ磁束を減らして外来磁気ノイズの影響を受けずらくすることは、ステータの極歯に被せられたボビンの端部フランジがあるため、大変困難であった。
【０００８】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的とするところは、リラクタンス型レゾルバのステータの磁路が形成される極歯どうしの距離を縮め、リラクタンス型レゾルバのステータの極歯の数を維持しつつリラクタンス型レゾルバの小型化を可能にする技術、或いは、リラクタンス型レゾルバのステータの極歯の数の増加を可能にする技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、ロータと対向するステータの極歯を囲むボビンに巻回された巻線の電流又は電圧を検出し、ロータの回転位置を検出するリラクタンス型レゾルバであって、前記極歯は、磁気回路を形成する複数対の極歯であり、前記巻線は、前記各対の極歯を囲むボビンに互いに逆巻きに巻回されているリラクタンス型レゾルバにおいて、前記各対の極歯を囲むボビンは、共通の基部フランジと、前記基部フランジに所定の間隙をもって並列して立設され、各対の極歯を囲む一対の巻枠と、前記各巻枠の先端に所定の間隙をもって設けられた端部フランジと、を有し、前記巻枠に巻回された巻線のうち、少なくとも端部フランジに最も近い位置に巻回された巻線は、前記一対の巻枠に８の字状に巻回されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のリラクタンス型レゾルバであって、前記各対の極歯は、ロータの回転中心軸方向に並べて配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載のリラクタンス型レゾルバであって、前記ステータは、前記一対の極歯の一方を含む第一の磁性材と、前記第一の磁性材とは別部材の他方の極歯を含む第二の磁性材を前記回転中心軸方向に積層して構成され、前記ボビンの一対の巻枠は、それぞれ極歯を位置決め固定する固定部を有し、前記磁性材間の位置決めを行うことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図１，２を参照して説明する。
【００１３】
本発明の第一の実施形態を図１を参照して説明する。図１は、第一の実施形態に係るリラクタンス型レゾルバ１００の構造を示す断面図である。六角断面を有したロータ１０１は、回転軸１０２に対して回転軸１０２の回転中心と、ロータ１０１の形状中心とが一致するように接着固定されている。ステータ１０３は図示しない固定側へ固定されている。ステータ１０３の極歯１０４ａ〜ｐは、複数の対となる２つの極歯１０４ａと１０４ｂ，１０４ｃと１０４ｄ，１０４ｅと１０４ｆ，１０４ｇと１０４ｈ，１０４ｉと１０４ｊ，１０４ｋと１０４ｌ，１０４ｍと１０４ｎ，１０４ｏと１０４ｐが間隔をあけて配置されており、そのような対となる極歯が８組ある。対となる極歯には樹脂製のボビン１０５ａ〜ｈが被せてあり、巻線１０６ａ〜ｈと極歯１０４ａ〜ｈを絶縁している。各巻線１０６ａ〜ｈの励磁電源との接続方法及び検出方式は、特願２０００−２０８９４８で示したものと同様であるので、説明を省略する。
【００１４】
本実施形態の各対の極歯を囲むボビン１０５ａ〜ｈのうち、ボビン１０５ｃを取りあげ、ボビンの構造及びボビンに巻線を巻回する方法について説明する。
【００１５】
ボビン１０５ｃは、極歯１０４ｅ，ｆの基部側に備えられる共通の基部フランジ１０７と、この基部フランジ１０７に所定の間隙をもって並列して立設した一対の巻枠１０８ｅ，ｆと、各巻枠１０８ｅ，ｆの先端に所定の間隙あけて設けられた一対の端部フランジ１０９ｅ，ｆとから構成されている。一対の巻枠１０８ｅ，ｆが対応する各対の極歯１０４ｅ，ｆを囲み、巻線１０６ｃと極歯１０４ｅ，ｆを絶縁している。ここで、一対の巻枠１０８ｅ，ｆ間の間隙は、次に述べる巻回方法で巻線１０６ｃを巻くために必要な程度の間隙であり、例えば自動巻線機で巻線を巻く場合は自動巻線機の巻線１０６ｃを供給するノズルを通すことができる程度の間隙であり、また例えば手作業で巻線１０６ｃを巻く場合はその作業を行うのに必要な程度の間隙のことである。一対の端部フランジ１０９ｅ，ｆ間の間隙もまた、巻線１０６ｃを巻回するのに必要な程度の間隙であればよい。
【００１６】
巻線１０６ｃは、上述したボビン１０５ｃに以下の方法で巻回される。ボビン１０５ｃの基部フランジ１０７から端部フランジ１０９ｅ，ｆまでの間が、巻線１０６ｃの巻回領域となっている。巻線１０６ｃは、まず一方の巻枠１０８ｅの基部に一巻きされたあと、対となる巻枠１０８ｅ，ｆの中間の間隙を通し、他方の巻枠１０８ｆに逆巻きに一巻きされている。そして、巻線１０６ｃは再度、対となる巻枠１０８ｅ，ｆの中間の間隙を通し、初めに巻線１０６ｃを巻回した一方の巻枠１０８ｅに、初めにこの巻枠１０８ｅに巻いたときと同じ巻回方向に一巻きされる。つまり、巻線１０６ｃは対となる巻枠１０８ｅ，ｆに連続して８の字状に巻回される。この巻き方を繰り返し、巻線１０６ｃがボビン１０５ｃの基部フランジ１０７から端部フランジ１０９ｅ，ｆまで巻かれていく。ボビン１０５ｃについて説明したが、他のボビン１０５ａ，ｂ，ｄ〜ｈも同様な構成であり、同様に巻線が巻回される。
【００１７】
本実施形態の特徴的事項は、上述したような構成のボビン１０５ａ〜ｈの巻枠１０８に巻回された巻線１０６ａ〜ｈのうち、少なくとも端部フランジ１０９に最も近い位置に巻回された巻線１０６ａ〜ｈが一対の巻枠１０８ｅ，ｆに８の字状に巻回されていることである。このように構成するため、対の一方の巻枠１０８ｅに巻かれた巻線が一対の端部フランジ１０９ｅの間にある間隙部分で外れるのを、対の他方の巻枠１０８ｆに巻かれた巻線がその端部フランジ１０９ｆに引っ掛かることで、防止することが可能となる。したがって、両巻枠１０８ｅ，ｆ間の端部フランジ１０９ｅ，ｆの対向部分に設けられる凸部を削除できる分、対となる極歯１０４ｅ，ｆを近づけることができる。そのため、対の極歯間に経路の短い磁気回路を形成することができ、巻線１０６ａ〜ｈのインダクタンス変化を大きく検出でき、外来磁気ノイズに対して影響を受けずらくすることができる。また、回転方向に配置される極歯１０４ａ〜ｈの数が減るので、レゾルバ１００の直径を小さくできる効果がある。
【００１８】
また、本実施形態の場合、巻枠１０８ｅ，ｆの基部フランジ１０７の位置から端部フランジ１０９ｅ，ｆの位置までの全巻回領域に渡って、巻線１０６ｃを対となる極歯１０４ｅ，ｆに交互に８の字状に巻回するので、巻線１０６ｃをボビン１０５ｃ上に隙間なく巻回でき、巻線巻回領域を有効に使うことができる。巻線１０６ｃを隙間なく巻くので巻数を大きくでき、したがって対となる磁極１０４ｅ，ｆが形成する磁気回路に発生する磁束を大きくすることができ、更に、各巻線１０６ａ〜ｈからの漏れ磁束を減じ、また誤差要因たる外来磁束ノイズに対する影響を著しく減ずることができる効果がある。
【００１９】
本発明の第二の実施形態に係るリラクタンス型レゾルバについて説明する。図２は、第二の実施形態に係るリラクタンス型レゾルバを構成するステータの極歯部を示す斜視図である。ステータ２０１ａとステータ２０１ｂは透磁率の高い材料で構成され、全く同一形状である。ステータ２０１ａ，ｂはそれぞれ極歯２０２ａ，ｃ、極歯２０２ｂ，ｄを一部に含んでいる。ステータ２０１ａ，ｂはロータの回転軸方向に積層され、その間にはシムが配置されている。極歯２０２ａ，２０２ｃに対してそれぞれ極歯２０２ｂ，２０２ｄが、ロータの回転軸方向に並べて配置され、ロータの回転に対して同位相となっている。同位相となる２つの極歯が対となり磁気回路を形成する。極歯２０２ａ〜ｄには、極歯２０２ａ〜ｄと巻回される巻線（不図示）を絶縁するためのボビン２０３ａ〜ｄが被せてある。
【００２０】
ボビン２０３ａ〜ｄは、第一の実施形態と同様に、極歯１０４ｅ，ｆの基部の方向に備えられる基部フランジと、この基部フランジ１０７に所定の間隙をもって並列して立設した一対の巻枠１０９ｅ，ｆと、各巻枠１０９ｅ，ｆの先端に所定の間隙あけて設けられた一対の端部フランジ１０８ｅ，ｆとから構成される。また、巻線の巻回方法も第一の実施形態と同様に、ロータに対して同位相となる対の極歯２０２ａと２０２ｂ，２０２ｃと２０２ｄに、巻線を極歯間に通しながら、８の字状にコイル線を巻回するものである。即ち、対となる同位相の極歯２０２ａと２０２ｂ，２０２ｃと２０２ｄの図２で上側の極歯２０２ａ，２０２ｃと、下側の極歯２０２ｂ，２０２ｄとは、巻線の巻回方向が逆であり、それぞれに発生する磁束の向きが逆になっている。したがって、同位相となった極歯２０２ａと２０２ｂ，２０２ｃと２０２ｄで磁路が閉じるように磁気回路が形成され、極歯２０２ａ〜ｄに巻装された巻線からの漏れ磁束を減じ、また誤差要因たる外来磁束ノイズに対する影響を著しく減じている。
【００２１】
本実施形態では、対となる極歯２０２ａと２０２ｂ，２０２ｃと２０２ｄが回転軸方向に並べて配置されるため、対となる極歯２０２ａと２０２ｂ，２０２ｃと２０２ｄを回転方向に並べて配置した場合に比べて、一対の極歯が占有するロータ回転方向の幅が小さくなる。このため、対の極歯の数が同じ場合、レゾルバの直径を小さくできる効果がある。また、極歯の幅を小さくしただけ、回転方向の極歯の数を増やせば、検出する信号の振幅を大きくでき、漏れ磁束、外来磁束ノイズ等の誤差成分の影響を小さくできる効果がある。リラクタンス型レゾルバを、回転軸方向に大きくなるのを許し、径方向へ大きくなるのを嫌うような要求があった場合に、本実施形態のリラクタンス型レゾルバの構造を選択すると効果的である。
【００２２】
また、本実施形態のボビン２０３ａ〜ｄを樹脂等で一体成形すると、ボビン２０３ａ〜ｄの巻枠に対して極歯２０２ａ〜ｄが締まり嵌めとなっているので、ボビン２０３ａ〜ｄには、対となる極歯２０２ａ〜ｄの一方の極歯を固定する固定部と、他方の極歯を固定する固定部が備えていることになる。したがって、本実施形態のリラクタンス型レゾルバの製造時には、ステータ２０１ａ，２０１ｂは別部材であるので、ステータ２０１ａに対してステータ２０１ｂを位置決めをして、回転方向に同位相にする必要があるが、ボビン２０３ａ〜ｄでステータ２０１ａ，２０１ｂの位置決めができ、位相合わせや形状中心合わせができるので、レゾルバの製作が一層簡単となる効果がある。ボビン２０３ａ〜ｄは、一般的に樹脂成形で製作されるので、一体成形したものとそうでないものとで、コスト面で大きな違いは発生しない。
【００２３】
以上の説明では、本発明の第一、第二の実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。分割したコの字型のステータ鉄心を対となる極歯として、ロータの軸方向又は回転方向に配置し、そのステータ鉄心に８の字状に巻線を巻装しても本発明のリラクタンス型レゾルバとすることができる。また、本発明はリラクタンス型レゾルバに関するものであるが、本発明の技術は近接スイッチ等の変位センサにも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のリラクタンス型レゾルバにおいては、少なくとも端部フランジに最も近い位置に巻回された巻線が、一対の巻枠に８の字状に巻回されているため、端部フランジの対となる極歯間の部分を削除しても巻線が外れずらいので、対となる極歯を近づけることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るリラクタンス型レゾルバの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係るリラクタンス型レゾルバを構成するステータの極歯部を示す斜視図である。
【図３】従来のリラクタンス型レゾルバの構造を示す断面図である。
【図４】図３に示す従来のリラクタンス型レゾルバの位置検出回路の回路図である。
【図５】従来のリラクタンス型レゾルバのステータの極歯部分を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００リラクタンス型レゾルバ、１０１ロータ、１０２回転軸、１０３ステータ、１０４ａ〜ｐ極歯、１０５ａ〜ｈボビン、１０６ａ〜ｈ巻線、１０７基部フランジ、１０８ｅ，ｆ巻枠、１０９ｅ，ｆ短部フランジ、２０１ａ，２０１ｂステータ、２０２ａ〜ｄ極歯、２０３ａ〜ｄボビン、２０４シム、３００リラクタンス型レゾルバ、３０１ロータ、３０２回転軸、３０３ステータ、３０４ａ〜ｈ極歯、３０５ａ〜ｈボビン、３０６ａ〜ｈ巻線、４０１ステータ、４０２ａ，４０２ｂ極歯、４０３ａ，４０３ｂボビン。

Claims

ロータと対向するステータの極歯を囲むボビンに巻回された巻線の電流又は電圧を検出し、ロータの回転位置を検出するリラクタンス型レゾルバであって、
前記極歯は、磁気回路を形成する複数対の極歯であり、
前記巻線は、前記各対の極歯を囲むボビンに互いに逆巻きに巻回されているリラクタンス型レゾルバにおいて、
前記各対の極歯を囲むボビンは、
共通の基部フランジと、
前記基部フランジに所定の間隙をもって並列して立設され、各対の極歯を囲む一対の巻枠と、
前記各巻枠の先端に所定の間隙をもって設けられた端部フランジと、
を有し、
前記巻枠に巻回された巻線のうち、少なくとも端部フランジに最も近い位置に巻回された巻線は、前記一対の巻枠に８の字状に巻回されていることを特徴とするリラクタンス型レゾルバ。
請求項１に記載のリラクタンス型レゾルバであって、
前記各対の極歯は、ロータの回転中心軸方向に並べて配置されていることを特徴とするリラクタンス型レゾルバ。
請求項２に記載のリラクタンス型レゾルバであって、
前記ステータは、前記複数対の極歯の一方の極歯を含むステータと、前記複数対の極歯の他方の極歯を含むステータを前記回転中心軸方向に積層して構成され、
前記ボビンの一対の巻枠は、それぞれ極歯を位置決め固定する固定部を有し、前記２つのステータの位置決めを行うことを特徴とするリラクタンス型レゾルバ。