JP3904723B2

JP3904723B2 - Ｖｒ型レゾルバ

Info

Publication number: JP3904723B2
Application number: JP14132798A
Authority: JP
Inventors: 昌樹桑原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: JPH11341773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに装着してその角度位置や回転速度の検出を行うＶＲ型（可変リラクタンス型）レゾルバに関し、特に、そのロータ歯数を調整して角度精度の向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＲ型レゾルバは、そのロータ鉄心とステータ磁極との間の空隙（エアギャップ）中のリラクタンスがロータ位置により変化し、ロータ鉄心の１回転でリラクタンス変化の基本波成分がＮ周期となるように構成し、その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ものである。その用途は広範にわたり、例えばロボットや搬送機器等の回転駆動ユニット、自動組立機，計測機等のインデックステーブル、ＮＣ工作機械，専用機等の加工用インデックスなど種々の機器にダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）として多用されているステップモータの回転角度を閉ループでフィードバック制御して高精度の位置決めを行う場合の回転検出手段などに利用されている。図７に示したものは、特願平３−１５００４１号公報に開示されたＤＤモータに用いた従来例である。図示のＤＤモータは、ＶＲ型ステップモータＭからなるもので、モータケーシング１に固定された電磁石で構成したステータ２の外側に、内周面に多数の歯が突設されている鉄心で構成したロータ３をエアギャップを介し対向させている。このステップモータＭのロータ３に、モータ出力軸４（モータケーシング１に軸受５，６を介して回転自在に支持されている）と共に、回転検出器であるレゾルバＲのロータ７が固定して装着されモータロータ３と同期回転するようになっている。一方、レゾルバＲのステータ８は、前記レゾルバのロータ７（図示のものはアウターロータタイプであり、ロータ内周面に歯を有する）にエアギャップを介して対向配置され、モータケーシング１に固定して装着されている。
【０００３】
上記従来のレゾルバＲにあっては、レゾルバ側ステータ８の磁極はモータ側ステータ２と同様の極歯を有し、各磁極にレゾルバのコイルＣＬが巻回されている。また、レゾルバ側ロータ７には多数の歯が突設されており、そのロータ歯数は例えば１００ケ，１２０ケ，１６０ケなど各種あるが、いずれにしてもモータ側ロータ３と同じ歯数（同ピッチ）とされている。
【０００４】
なお、図示のＤＤモータは、超高真空雰囲気中で使用できる密閉型アクチュエータであって、モータＭのステータ２やレゾルバＲのステータ８のコイルＣＬ等からの放出ガスで真空雰囲気が汚染されることを防止するべく、モータステータ２とモータロータ３との間の及びレゾルバロータ７とレゾルステータ８との間のエアギャップ内にステンレス鋼等の非磁性金属製の隔壁９を配設して、ステータ側を気密に覆いロータ側とは隔絶してある。このようなＤＤモータにＶＲ型レゾルバを搭載して、当該レゾルバの検出信号をフィードバックすることにより、アクチュエータの回転速度や回転角度（位置）を正確に制御することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＶＲ型レゾルバにあっては、高分解能を得るためにそのロータの歯数が１００ケ，１２０ケ，１６０ケなどと多数であり、しかもレゾルバのラミネーションの歯先形状はＶＲモータラミネーションと同様の角形状をしているために、レゾルバが小径であるほど加工精度が厳しくなって歯ピッチ誤差等が生じやすくなり、且つ組立時のエアギャップ管理も難しくなるという問題点がある。歯のピッチ誤差は累積して回転位置検出の全周累積精度を悪化させるし、エアギャップが不均一になると、レゾルバの静止角度誤差や振動，騒音増大の原因になる。
【０００６】
また、ＤＤモータにレゾルバを装着した場合、モータ制御装置ではレゾルバからフィードバックされる位置検出信号を常に読み取り現在位置を確認しながら回転指令を与えているので、レゾルバの検出位置に誤差があるとモータロータの現在位置と回転指令とが食い違って振動発生の原因となる。その際、レゾルバロータの歯数が多い程に発生する振動周波数が高くなり大きな振動が発生するという問題点がある。例えば、歯数１２０のモータが１ｒｐｓで回転しているとき、このモータに搭載されたレゾルバのロータ歯数がモータと同じく１２０歯であれば、１２０Ｈｚ／ｒｐｓの振動周波数が発生する。
【０００７】
なお、上述したような真空用ＤＤモータ（密閉型アクチュエータ）のように、モータ及びレゾルバの各ステータとロータとのエアギャップの間に隔壁を設けたものにあっては、従来のエアギャップは非常に小さいので当該隔壁の肉厚を極薄にしなければならず、超高真空状態での使用時に隔壁が膨らむなどの不具合が生じる可能性もあり改良の余地がある。
【０００８】
そこで本発明は、このような従来のＶＲ型レゾルバの種々の未解決の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度，低振動で且つ小型化も容易な、しかも超高真空仕様にも好適なＶＲ型レゾルバを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るＶＲ型レゾルバは、円環状に形成されたレゾルバ側ステータと、該ステータの内周面または外周面から突出する複数のステータ磁極と対向する複数のロータ歯を有する円環状のレゾルバ側ロータとからなり、モータと組み合わせて当該モータの回転位置を検出するＶＲ型レゾルバにおいて、モータ側ロータの歯数に対してレゾルバ側ロータの歯数を１／Ｎ倍（但し、Ｎ：２以上の整数）にし、かつレゾルバ側ロータの外周面または内周面をｓｉｎ波状に加工して前記ロータ歯を形成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１〜図２は、アウタロータタイプのＶＲ型レゾルバの一実施形態を示したもので、図１（ａ）はロータの概略平面図（歯形状は省略）、（ｂ）はその歯形状の拡大図、図２（ａ）はステータのラミネーションの平面図、（ｂ）は当該ステータの巻線仕様図である。このＶＲ型レゾルバは、図１（ａ）のような形状のロータラミネーションを複数枚積層してなる回転自在のロータ鉄心１１と、その内側に固定して配設される図２（ａ）のような形状のステータラミネーションを複数枚積層してなるステータ１２とで構成されている。
【００１２】
回転体に一体に取り付けられるロータ１１の内周面には、ｓｉｎ波状の同一形状の山からなる複数個のロータ歯Ｔ_Rが全周にわたり等間隔で形成されている。そのロータ歯Ｔ_Rの歯数は、本レゾルバを搭載する図示しないＤＤモータのロータの歯数より少なくしてある（即ち、レソルバのロータ歯Ｔ_Rのピッチをモータのそれより拡大してある）。この実施形態では、モータのロータ歯１２０に対してレゾルバのロータ歯数が１／４の３０歯になっている。
【００１３】
一方、レゾルバのステータ１２の外周面に突設した磁極の数は、レゾルバのロータ１１の歯数の６／５に設定してある。即ち、
レゾルバのステータ極数＝レゾルバロータ歯数×６／５
とし、本実施形態の例では３０歯×６／５＝３６極になっている。ロータ歯数とステータ極数との関係をこのように規定することにより、６相差動レゾルバが構成できる。
【００１４】
図示のステータ１２は、３０歯６相差動レゾルバのものであり、半径方向に突出する３相１８極の第１の磁極Ａ₁₊〜Ａ₆₊，Ｂ₁₊〜Ｂ₆₊，Ｃ₁₊〜Ｃ₆₊が所定の間隔を保ってその順に形成され、これら第１の磁極Ａ₁₊〜Ａ₆₊，Ｂ₁₊〜Ｂ₆₊，Ｃ₁₊〜Ｃ₆₊のそれぞれの磁極の中間位置に３相１８極の第２の磁極Ａ_1-〜Ａ_6-，Ｂ_1-〜Ｂ_6-，Ｃ_1-〜Ｃ_6-が形成され、結局各磁極がＡ₁₊─Ｃ_1-─Ｂ₁₊─Ａ_1-─Ｃ₁₊─Ｂ_1-─Ａ₂₊─Ｃ_2-─……の順序で配列されている。そして、各磁極Ａ₁₊〜Ｃ_6-には、励磁巻線ＬＡ₁₊〜ＬＣ_6-が巻装されている。
【００１５】
各磁極Ａ₁₊〜Ｃ_6-の励磁巻線ＬＡ₁₊〜ＬＣ_6-は、図２（ｂ）に示すように、各第１の磁極Ａ₁₊〜Ａ₆₊，Ｂ₁₊〜Ｂ₆₊，Ｃ₁₊〜Ｃ₆₊の励磁巻線ＬＡ₁₊〜ＬＡ₆₊，ＬＢ₁₊〜ＬＢ₆₊，ＬＣ₁₊〜ＬＣ₆₊がそれぞれ直列に接続されてその励磁巻線ＬＡ₁₊，ＬＢ₁₊，ＬＣ₁₊側が単相の交流電源に繋がれると共に、励磁巻線ＬＡ₆₊，ＬＢ₆₊，ＬＣ₆₊側が抵抗を介して接地されるようになっている。また、残りの第２の磁極Ａ_1-〜Ａ_6-，Ｂ_1-〜Ｂ_6-，Ｃ_1-〜Ｃ_6-の励磁巻線ＬＡ_1-〜ＬＡ_6-，ＬＢ_1-〜ＬＢ_6-，ＬＣ_1-〜ＬＣ_6-がそれぞれ直列に接続されてその励磁巻線ＬＡ_1-，ＬＢ_1-，ＬＣ_1-側が同様に単相の交流電源に繋がれると共に、励磁巻線ＬＡ_6-，ＬＢ_6-，ＬＣ_6-側が抵抗を介して接地されるようになっている。
【００１６】
このレゾルバの回路構成は、本出願人が先に出願した特開平５−１２２９１６号公報に開示のものと同様であり、その詳細な説明は省くが、前記各励磁巻線励磁巻線ＬＡ₆₊，ＬＢ₆₊，ＬＣ₆₊及びＬＡ_6-，ＬＢ_6-，ＬＣ_1-とこれらに接続された抵抗との間から導出した出力端子から、レゾルバのステータとロータ歯Ｔ_Rとの間でのリアクタンス変化に応じた電流変化を電圧として検出し、これらのうち同相の検出電流を差動増幅回路に供給して差値を算出し、その出力を相変換回路で２相に変換してパーミアンスの高調波歪みを除去し、これを信号処理回路で信号処理することにより、正確な回転角度又は回転速度を検出するようにしている。
【００１７】
前記信号処理回路は、２相に変換された信号が被乗数として個別に入力されると共に、カウンタからのディジタル回転角度検出値が乗数として入力される２台の乗算器とこれらの乗算出力が入力される減算器と、その減算出力が入力され且つ励磁用単相交流電源からの交流電圧が同期信号として入力される同期整流器と、その出力が入力される電圧制御発振器と、その発振出力パルスが入力されるカウンタとを備えており、同期整流器の出力が速度信号として出力されると共に、カウンタから回転角度を表すディジタル値が出力されるものである。
【００１８】
しかして、レゾルバはそのロータの歯数を減らすと分解能が悪化するのであるが、本発明のレゾルバの場合は、当該カウンタ処理時にステータコイルからの出力信号を逓倍することでロータ歯Ｔ_Rの歯数を減少による分解能の低下を補うようにしている。すなわち、レゾルバロータの歯数を従来の１／４（１／ｎ）にした場合、レゾルバステータコイルからの出力信号をカウンタ処理する際に４（ｎ）逓倍することで従来と同等の分解能を確保するようにしている。
【００１９】
次に作用を述べる。
本実施形態のレゾルバのロータ１１の歯Ｔ_Rの歯数は３０歯であり、本レゾルバを搭載するＤＤモータのロータの歯数１２０の１／４にすぎない。このようにレゾルバのロータの歯数が少ないと、一つ一つの歯のピッチ誤差が累積する回転位置検出の全周累積精度は良くなる。いま、ロータの歯数１２０のＤＤモータが１ｒｐｓで回転しているものとすると、このＤＤモータに搭載したレゾルバのロータ歯数がモータと同じく１２０歯であれば、１２０Ｈｚ／ｒｐｓの振動周波数が発生する。ところが、この実施形態のレゾルバのロータ歯数は１／４の３０歯であるから、レゾルバの位置検出誤差に起因して発生する振動周波数も１／４の３０Ｈｚ／ｒｐｓになり、低振動化する。この低振動化に伴い、レゾルバの全周精度が向上する。
【００２０】
図３は、歯数の異なるレゾルバについて、それぞれの全周精度をロータリーエンコーダを使用して比較測定し、Ｘ−Ｙプロッタにて記録したものであり、同図（ａ）は本発明の第１の実施形態である３０歯レゾルバの全周精度、（ｂ）は従来の１２０歯レゾルバの全周精度である。３０歯レゾルバの全周精度が２８．４７秒であるのに対し、１２０歯レゾルバの場合は５４．６０秒となり、前者は歯数を後者の１／４にしたことにより全周精度はおよそ２倍に向上している。歯数を少なくした本実施形態のレゾルバは、このように回転位置を高精度に検出できるのみでなく、レゾルバのロータ１１の歯数が少ない（歯のピッチが大きい）分、レゾルバステータのピッチが大きくでき、歯先面積も増やすことができる。歯先の面積が増えることによって磁束も増えるので、レゾルバのエアギャップを大きく設定することが可能である。かくして、小径のレゾルバでも、そのエアギャップを従来より大きく設定できるから、▲１▼加工や組立が従来より容易になる。▲２▼したがって歯ピッチ誤差等が少なくなり位置検出の全周累積精度が向上するという効果を奏する。
【００２１】
また、真空用ＤＤモータに搭載してステータとロータとのエアギャップの間に隔壁を設け、ステータ側を大気中、ロータ側を真空雰囲気中においた状態で使用する場合にも、従来のように隔壁を極薄にする必要はなく、超高真空状態での使用にも隔壁が膨らむなどの不具合は防止できる。さらに、本実施形態のレゾルバのロータ１１の歯Ｔ_Rの形状はｓｉｎ波状であるから、従来の角形状の歯より単純化され、加工容易である。
【００２２】
図４〜図５は、本発明の第２の実施形態であるインナロータタイプのＶＲ型レゾルバを示したもので、図４（ａ）はロータの概略平面図、（ｂ）はその歯形状の拡大図、図５（ａ）はステータのラミネーションの平面図、（ｂ）は当該ステータの巻線仕様図である。この実施形態のＶＲ型レゾルバは、ロータ１１の歯が外周側に形成されており且つその歯数がモータロータ歯数１００に対して１／４の２５歯になっている点、及びステータ１２の磁極が内周面に突設され且つその極数が、ロータ１１の歯数２５の６／５即ち３０極になっている点が、上記第１の実施形態とは異なっている。
【００２３】
このレゾルバの場合、第１の磁極としてＡ₁₊〜Ａ₅₊，Ｂ₁₊〜Ｂ₅₊，Ｃ₁₊〜Ｃ₅₊が所定の間隔を保ってその順に形成され、これら第１の磁極それぞれの中間位置に第２の磁極Ａ_1-〜Ａ_5-，Ｂ_1-〜Ｂ_5-，Ｃ_1-〜Ｃ_5-が形成され、これらの各磁極がＡ₁₊─Ｃ_1-─Ｂ₁₊─Ａ_1-─Ｃ₁₊─Ｂ_1-─Ａ₂₊─Ｃ_2-─……の順序で配列されている。そして、各磁極Ａ₁₊〜Ｃ_5-には、励磁巻線ＬＡ₁₊〜ＬＣ_5-が巻装されている。
【００２４】
各磁極Ａ₁₊〜Ｃ_5-の励磁巻線ＬＡ₁₊〜ＬＣ_5-は、図５（ｂ）に示すように、各第１の磁極Ａ₁₊〜Ａ₅₊，Ｂ₁₊〜Ｂ₅₊，Ｃ₁₊〜Ｃ₅₊の励磁巻線ＬＡ₁₊〜ＬＡ₅₊，ＬＢ₁₊〜ＬＢ₅₊，ＬＣ₁₊〜ＬＣ₅₊がそれぞれ直列に接続されてその励磁巻線ＬＡ₁₊，ＬＢ₁₊，ＬＣ₁₊側が単相の交流電源に繋がれると共に、励磁巻線ＬＡ₅₊，ＬＢ₅₊，ＬＣ₅₊側が抵抗を介して接地されるようになっている。また、残りの第２の磁極Ａ_1-〜Ａ_5-，Ｂ_1-〜Ｂ_5-，Ｃ_1-〜Ｃ_5-の励磁巻線ＬＡ_1-〜ＬＡ_5-，ＬＢ_1-〜ＬＢ_5-，ＬＣ_1-〜ＬＣ_5-がそれぞれ直列に接続されてその励磁巻線ＬＡ_1-，ＬＢ_1-，ＬＣ_1-側が同様に単相の交流電源に繋がれると共に、励磁巻線ＬＡ_5-，ＬＢ_5-，ＬＣ_5-側が抵抗を介して接地されるようになっている。
【００２５】
その他の構成は上記第１の実施形態の場合と同様である。
図６（ａ）は、このｓｉｎ波形状の２５歯のロータを有する６相差動レゾルバの精度測定例を示したもので、全周精度は６３．３４秒である。これに対して図６（ｂ）は従来の１００歯レゾルバの例で、その全周精度は１２６．００秒であった。
【００２６】
本実施形態のその他の作用効果は第１の実施形態とほぼ同様であるが、歯数が少なくなっている分より顕著になる。
【００２７】
また、本発明は６相差動レゾルバ以外のものにも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＶＲ型レゾルバによれば、従来はモータロータと同歯数とされているレゾルバ側ロータの歯数をより少なくしたことにより、歯のピッチ誤差の累積による回転位置検出の全周累積精度が従来より向上するという効果を奏する。
【００２９】
また、歯数に比例して発生するレゾルバの振動の周波数が低くなる結果、低振動化が達成できるという効果が得られる。
また、レゾルバロータとステータとのエアギャップを従来より広くとることができて、その結果、より小径のレゾルバの製作が可能になり小型化も容易にできるという効果が得られる。更に、広くしたエアギャップを利用して真空用レゾルバの遮断用隔壁の厚さを従来より厚くすることが可能になり、その結果、より高度の真空度（超高真空）にも耐えうる真空用レゾルバを提供できるという効果も得られる。
【００３０】
なお、レゾルバの歯数をモータロータ歯数の１／ｎに減少させたことに伴うレゾルバの分解能の低下に対しては、制御回路におけるカウンタ処理時にｎ逓倍することでカバーすることができる。
【００３１】
本発明に係るＶＲ型レゾルバにあっては、従来はモータロータと同歯形の角形に限定されているレゾルバロータの歯形を曲線状、特にｓｉｎ波状に単純化することにより、設計，加工，組立等の製造工程を簡略化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】本発明にかかるＶＲ型レゾルバの第１の実施形態で、（ａ）は一部を省略して示すロータの平面図、（ｂ）はその歯形の部分拡大図である。
【図２】（ａ）は図１のロータと組み合わせるステータのラミネーション平面図、（ｂ）はその巻線仕様図である。
【図３】レゾルバの歯数と回転位置測定精度との関係を示すグラフであり、（ａ）は本発明に係る３０歯レゾルバの全周精度測定結果、（ｂ）は従来の１２０歯レゾルバの全周精度測定結果である。
【図４】本発明にかかるＶＲ型レゾルバの第２の実施形態で、（ａ）はロータの平面図、（ｂ）はその歯形の部分拡大図である。
【図５】（ａ）は図５のロータと組み合わせるステータのラミネーション平面図、（ｂ）はその巻線仕様図である。
【図６】（ａ）は本発明にかかる第２の実施形態（２５歯レゾルバ）における全周精度の測定結果、（ｂ）は従来の１００歯レゾルバの全周精度の測定結果である。
【図７】従来のＶＲ型レゾルバの使用態様の一例を示す半断面図である。
【符号の説明】
７，１１レゾルバのロータ
８，１２レゾルバのステータ

Claims

円環状に形成されたレゾルバ側ステータと、該ステータの内周面または外周面から突出する複数のステータ磁極と対向する複数のロータ歯を有する円環状のレゾルバ側ロータとからなり、モータと組み合わせて当該モータの回転位置を検出するＶＲ型レゾルバにおいて、モータ側ロータの歯数に対してレゾルバ側ロータの歯数を１／Ｎ倍（但し、Ｎ：２以上の整数）にし、かつレゾルバ側ロータの外周面または内周面をｓｉｎ波状に加工して前記ロータ歯を形成したことを特徴とするＶＲ型レゾルバ。